La unión hace la fuerza

En esta ocasión, mi colaboración no estará dedicada exactamente a mi especialidad, la neurobiología, sino a una afición que recuerdo desde que era niño y que aún conservo: la observación de las hormigas. No tengo duda de que aquellas correrías de mi niñez y primera adolescencia siguiendo a las hormigas o analizando la estructura de los nidos constituyeron el embrión de lo que después sería mi dedicación profesional a la biología. Y de hecho, ahora como neurobiólogo, me siguen resultando fascinantes diversos aspectos de su comportamiento y sus mecanismos de comunicación que son la base de la organización social de estos peculiares insectos. De cualquier forma, escribo lo que sigue como aficionado, y si algún entomólogo profesional lee esto, le ruego indulgencia ante los errores o las generalizaciones que pueda contener.

Es precisamente esta organización social la que está en la base del increíble éxito evolutivo de las hormigas (se conocen más de 11000 especies) que las han llevado a colonizar casi todos los hábitats terrestres. Nuestros cuentos y fábulas han querido ver en el comportamiento de las hormigas virtudes “quasi humanas” tales como la laboriosidad, el altruismo o la previsión del futuro. Sin embargo, no conviene que nos dejemos engañar por nuestra visión antropocéntrica del mundo: estas virtudes no derivan de su especial inteligencia sino que son patrones de comportamiento automáticos, residentes en sus genes, transmitidos a sus neuronas, y seleccionados durante más de 150 millones de años de evolución. Una hormiga individual, como cualquier insecto, tiene poca inteligencia, tan sólo unas 250.000 neuronas y, por supuesto, no planifica el futuro ni acarrea alimentos al hormiguero por lo que pueda pasar varios meses después –aunque la reina puede vivir muchos años, una hormiga obrera no suele vivir más de dos meses-. Tampoco “piensa” dónde tiene que hacer una nueva cámara para el nido, lo mismo que una abeja no “sabe” por qué hace celdillas hexagonales. Y sin embargo consiguen construcciones que parecen diseñadas por un arquitecto. En cierta forma, la situación es semejante a la del desarrollo embrionario de cualquier ser vivo, incluidos los humanos: los genes se van activando de manera secuencial y autoorganizada para, al final, dar estructuras complejas, con cada parte de nuestro cuerpo localizada en donde tiene que estar, y con la forma y tamaño correctos. No hay una inteligencia que dirija el proceso, sino que las células se comunican entre sí, se van dando señales que actúan sobre los genes de las células vecinas, que responden en consecuencia y que determinan el avance del proceso, y su detención cuando el organismo está completo.

Volviendo a las hormigas, es precisamente de la interacción entre los individuos de la que surgen esos patrones de comportamiento colectivo complejos, no supervisados por ninguna inteligencia superior, y que han venido a denominarse “inteligencia del enjambre” (el nombre deriva de los estudios en abejas, pero es igualmente aplicable a las hormigas). Estos patrones autoorganizados son enormemente flexibles y presentan gran fortaleza, ya que el grupo puede adaptarse rápidamente a los cambios del entorno, y cuando un individuo falla, el grupo aún puede realizar sus tareas. El estudio de estos patrones de comportamiento ha sido utilizado por los matemáticos como modelo para elaborar los llamados algoritmos de las hormigas, que están siendo usados para solucionar problemas de logística tales como la planificación de rutas de transporte terrestre (el clásico problema del vendedor ambulante), de transporte aéreo, o de tráfico de telecomunicaciones. (Podéis ver multitud de documentos sobre el tema en internet, como por ejemplo este proyecto sobre minirobots).

video nº 1


video nº 2


video nº 3

Por tanto, de esta cooperación de individuos “poco inteligentes” surgen creaciones tan complejas como la maravilla de hormiguero que podemos ver hacia el final del vídeo 1 (aunque está en inglés, vale la pena verlo). Corresponde a hormigas agricultoras, que crían hongos en algunas de las cámaras, mientras que en otras depositan la basura. Debido a la diferente temperatura entre las cámaras (las de detritus están más calientes) se establecen corrientes de aire que permiten la salida del CO₂ del hormiguero y la entrada de aire fresco desde el exterior: un auténtico sistema de aire acondicionado. En el vídeo 2 podéis ver otro ejemplo maravilloso de construcción, aunque en este caso no por hormigas sino por sus parientes lejanos las termitas. De hecho incluye una cruenta batalla entre termitas y hormigas. En el vídeo 3 podéis ver como fabrican un hormiguero (acelerado 900x). En los vídeos 4-6 podéis ver la eficiencia con la que realizan diversas tareas o el altruismo de unos individuos haciendo de puente (vídeos 7 y 8).

video nº 4


video nº 5


video nº 6


video nº 7


video nº 8

Las claves del éxito ecológico de las hormigas son la división del trabajo y los mecanismos de comunicación (inconsciente) que activarán los programas de colaboración. El hormiguero es fundado por una reina alada, que en su vuelo nupcial desde otro hormiguero se aparea con uno o varios machos también alados (estos mueren poco después). A continuación, elige el sitio en donde construir el nuevo hormiguero, pierde las alas y comienza a poner huevos. Al principio se encarga de todas las tareas requeridas para la construcción del nido, pero cuando eclosionan las nuevas hormigas (todas hembras) constituirán la primera generación de obreras, que pasan a encargarse de mantener a la reina, la cual ya sólo se dedicará a poner huevos. En general, parece que el que una larva se desarrolle como reina o como obrera depende de la temperatura a la que se incuben los huevos, aunque recientemente se han encontrado que en varias especies hay un mecanismo genético de determinación de la casta, es decir, en esas especies la reina “no se hace, sino que nace” -como nuestros reyes-. Aunque no he encontrado datos sobre cómo la reina de las hormigas mantiene su poder, en las abejas se sabe que ésta secreta unas sustancias químicas llamadas feromonas mediante las que controla el sistema nervioso de sus subordinadas (sistema dopaminérgico), y por tanto su comportamiento, además de inhibir el desarrollo de otras reinas. Es plausible que esto también ocurra en las hormigas, ya que como describo más abajo, las feromonas juegan un papel importante en la comunicación entre ellas.

La colonia de hormigas fundada por la reina crecerá con varias generaciones de obreras estériles, que a su vez se dividen en varias subcastas encargadas de tareas diversas. En las hormigas, estas castas suelen ser temporales: de recién nacidas cuidan a la reina y a las larvas, después pasan a excavar el nido y cuando son mayores algunas pasan a encargarse de la defensa y otras, la mayoría, del abastecimiento de comida. No obstante, parece que la experiencia de una hormiga, es decir, lo que haya aprendido, afecta a la expresión de algunos genes y a la estructura de su cerebro y, finalmente, influye en el trabajo que realizará: si una hormiga no es buena buscando comida, acaba cavando en el nido o cuidando a las larvas (ella misma lo “decide” después de varios intentos infructuosos en la búsqueda de alimento). Tras el periodo de crecimiento del nido aparecerán castas de hembras y machos fértiles que abandonarán el nido y completarán el ciclo.

Como ya he introducido en los párrafos anteriores, la comunicación entre los individuos, necesaria para la optimización del trabajo, se produce principalmente a través feromonas, que secretan en función de las circunstancias, que son detectadas por los receptores presentes en las antenas, y que actúan sobre el sistema nervioso de la receptora, modificando su comportamiento. Veámoslo con un ejemplo referido a la principal ocupación de las obreras: la búsqueda de comida. Cada día unas 30 a 50 patrulleras marcan serie de rastros de una feromona en las proximidades de la entrada del hormiguero. Estos rastros son cortos, de unos 20 cm de longitud y no llevan hasta la comida, pero marcan el principio de la ruta que van a seguir las recolectoras. Esto es un mecanismo de optimización del trabajo ya que los miles de recolectoras se distribuyen de manera aleatoria por esos rastros iniciales y se alejan hasta unos 20m o más del hormiguero, hasta que encuentran la comida. Si al hormiguero se le quitan las patrulleras, las recolectoras usan las rutas del día anterior. Una vez encontrada la comida, evaluaran si la cantidad es suficiente para reclutar a más hormigas. Se ha visto que en las que recolectan alimento líquido, como la secreción de los pulgones, de las orugas o del néctar de las flores, el volumen de la ingesta es el parámetro que determina el inicio del proceso de reclutamiento (podéis ver un ejemplo de estas hormigas en el vídeo 9).

video nº 9

Si el volumen es suficiente se dispara la producción de una feromona que marcará un rastro cuando esta hormiga regrese al hormiguero cargada de comida. Esta es una respuesta del todo o nada, es decir, si el volumen de comida no llega a un cierto umbral (unos 0,9 microlitros) continuará buscando más alimento y no esparcirá la feromona, pero si queda saciada irá hacia el hormiguero marcando el camino de vuelta con la feromona. Ese rastro reclutará a más hormigas, que se dirigirán a la fuente de alimento siguiendo el rastro con las antenas. Cuanto mayor sea esta fuente de alimento, más hormigas regresarán al nido esparciendo feromonas y, por tanto, el uso de la ruta se potenciará (como la memoria en nuestro cerebro). Es interesante destacar que tras un periodo de vacas flacas (poca comida), el volumen umbral aumenta, por lo que solo se reclutan más hormigas si la fuente es realmente abundante. Esto optimiza el número de individuos implicados en la recolección, y no se movilizarán más recolectores si estos no son realmente necesarios. Aquí vemos un sutil mecanismo de adaptación a la variación estacional en la abundancia del alimento y de ahorro de energía.

Ahora bien, cuando una hormiga que esté fuera del rastro de feromonas se encuentre con él ¿tiene la misma probabilidad de dirigirse hacia el alimento que hacia el hormiguero?. Al menos en las hormigas del faraón, la respuesta es no. Los rastros presentan ramificaciones, y es la geometría de la ramificación la que contiene la información sobre la polaridad de la ruta. Unas ramificaciones de alrededor de 60º sobre el eje de la ruta, orientan a la hormiga hacia la comida, y no perderá tiempo en ir de vacío hacia el hormiguero, lo que supondría malgastar energía y aumentar los riesgos de predación. En algunas especies se usan varias feromonas en combinación. Por ejemplo, las ramificaciones que llevan a sitios poco interesantes o agotados se marcan con otra feromona que indica “no pasar”.

No obstante, no todo reside en las feromonas. Aunque antes os decía que una hormiga individual es poco inteligente, es capaz de aprender y recordar algunas cosas, de forma que la navegación hacia el alimento o hacia el hormiguero depende de los rastros de feromonas la primera vez que usa la ruta. Una vez que la hormiga realiza el camino de vuelta es capaz de memorizarlo, ayudándose de pautas visuales del terreno que es capaz de recordar. Por ejemplo, en un experimento se les enseño a recolectar comida que estaba a 10 cm de un cilindro metálico. Al día siguiente cambiaron el cilindro por uno el doble de grande: las hormigas buscaron la comida más lejos del cilindro, a 20 cm, ya que a esa distancia el tamaño de la imagen del cilindro grande en la retina de la hormiga equivalía a la del cilindro pequeño del día anterior. Por otra parte, no todas las hormigas usan los rastros de feromonas. Probablemente porque el fuerte calor del desierto evaporaría demasiado rápidamente los rastros de feromonas, las hormigas del desierto australiano navegan tienen una especie de podómetro que les permite contar los pasos que se alejan del hormiguero (no se sabe cómo funciona), podómetro que se reajusta con la luz del cielo (tampoco se sabe cómo). Si a una hormiga que se había alejado del nido una cierta distancia la cazaban, le alargaban las patas (pegándoles unas extensiones) y la volvían a soltar en el sitio en donde la habían cazado, ésta regresaba hacia el hormiguero pero se pasaba de largo ya que sus pasos eran ahora más largos. Si les acortaban las patas un poco (no diré cómo), buscaban el nido demasiado pronto.

No quiero extenderme más contando detalles sobre estos seres increíbles, pero si quiero acabar con una modesta reflexión acerca de la utilidad de estos estudios, y por extensión de la ciencia básica, que alguno podría calificar de excentricidades de científicos más o menos aislados en sus torres de marfil. Naturalmente que muchas de estas observaciones nunca tendrán una aplicación práctica inmediata. Su objetivo es “simplemente” la generación de conocimiento, que ayude a la comprensión detallada de la naturaleza. Es precisamente de este conocimiento profundo de los procesos naturales de donde surgen posteriormente las aplicaciones técnicas, como he descrito más arriba con el ejemplo de los algoritmos de las hormigas y sus aplicaciones, o las trampas de feromonas para insectos, o para fabricar perfumes. Quizá algún día el comportamiento de las hormigas nos ayude a predecir la evolución del clima o los terremotos, por decir algo quizá disparatado. Qué sería de la moderna farmacología utilizada en los tratamientos del cáncer, del SIDA o de las enfermedades mentales, si algún bioquímico o virólogo o biólogo celular no se hubiera dedicado a conocer en con pelos y señales las propiedades de tal o cual proteína o proceso. Puesto que la incertidumbre sobre la rentabilidad económica a corto plazo de la ciencia básica parece reñida con la financiación privada, seguramente debería corresponder a la iniciativa pública el mantenimiento un sistema de investigación básica de calidad. No obstante, ya que está demostrado que sin ciencia básica no hay avance técnico, quizá sería injusto que sea la iniciativa privada la que finalmente recaude los beneficios económicos que se puedan derivar de la investigación. Está claro que parte de estos beneficios retornan a la sociedad en forma de bienestar y riqueza (mejores medicinas y tratamientos médicos, mejores equipamientos, puestos de trabajo y un largo etcétera), pero esto no debería hacer olvidar la necesidad de retroalimentar a la base del sistema, a la investigación básica. Por tanto, los poderes públicos deberían favorecer el que la iniciativa privada cambie un poco su mentalidad y también contribuya al mantenimiento a largo plazo del sistema. Confío en que esto esté también en la mente de las autoridades de nuestro flamante ministerio de Ciencia e Innovación.

Un saludo desde el Centro de Biología Molecular en Madrid

F. Zafra