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Jul 08, 2023

Lo que atraviesan los insectos es aún más extraño de lo que pensábamos

Por Rivka Galchen “Para mí, fue un momento parecido al camino a Damasco”, me dijo James Truman, un entomólogo, recordando un encuentro cuando tenía dieciséis años. “Mi familia tenía una casa de veraneo, una caravana, en

Por Rivka Galchén

“Para mí, fue un momento parecido al camino a Damasco”, me dijo James Truman, un entomólogo, recordando un encuentro cuando tenía dieciséis años. “Mi familia tenía una casa rodante para veranear a orillas del lago Erie. Estaba caminando por el parque de casas rodantes cuando miré hacia arriba y vi un insecto en lo alto de un árbol. Era una avispa parásita, con un abdomen de ocho centímetros de largo”. Pensó: ¿Qué diablos es eso? Esa curiosidad "me hizo comprar un libro", dijo Truman. Se trataba del “Libro de campo de los insectos”, de Frank E. Lutz, publicado por primera vez en 1918, con dibujos detallados de la ilustradora científica Edna Libby Beutenmüller. “Siempre supe que quería ser biólogo, pero había pasado de un interés a otro: aves, mamíferos, lo que sea”, dijo Truman. Luego fue transformado. Sabía que estudiaría los insectos.

Los insectos son pequeños, claro, pero representan más del ochenta por ciento de las especies animales. También tienen una magia especial: la mayoría sufre una metamorfosis completa. La mariquita comienza su vida como un rastreador negro puntiagudo; La polilla tigre del jardín comienza su vida como una oruga de pelaje extravagante. Algunos peces y anfibios también se metamorfosean (¡los mamíferos nunca!), pero debido a que los insectos tienen exoesqueletos (su transformación metamórfica ocurre fuera de la vista), cuando la criatura adulta emerge, completamente formada, el efecto puede ser tan sorprendente como cuando Atenea transforma una Perdix que cae en una perdiz. , o Daphne convertida en laurel.

Como estudiante de primer año en Notre Dame, Truman trabajó en un laboratorio de genética de mosquitos, dirigido por el renombrado entomólogo George Craig, quien pasaba tiempo con los brazos sobre cajas de papel cubiertas de malla que estaban llenas de mosquitos, que se alimentarían (chuparían su sangre) mientras almorzaba. Cuando llegó Truman, el laboratorio de Craig, que se centraba principalmente en identificar mutaciones que podrían ayudar a mejorar las enfermedades transmitidas por mosquitos, tenía un proyecto paralelo que analizaba una feromona llamada matrona. Durante el apareamiento, el mosquito macho libera matrona y, como resultado, la hembra ya no quiere aparearse. "Ella sólo quiere sangre", dijo Truman. Por lo tanto, las hembras de los mosquitos se aparean sólo una vez. "Para mí fue tan sorprendente", señaló Truman, "que una hormona pudiera causar un cambio de comportamiento tan dramático".

Truman realizó su trabajo de posgrado en el laboratorio de la bióloga Lynn Riddiford, en Harvard. También estaba interesada en los factores hormonales y de otro tipo que afectan el crecimiento y el comportamiento de los insectos. (Los dos se casaron más tarde, aunque Riddiford le dijo a Truman que no se casaría con él hasta que él se graduara). Esta línea de investigación continuó dando forma a la investigación de Truman. “Estaba trabajando con polillas de seda gigantes”, dijo Truman, una criatura con un ciclo de vida tan cambiante como el de cualquier historia de Ovidio. Al principio, es una oruga diminuta, de unos seis a siete milímetros de largo. Luego muda cuatro veces, durante las cuales crece hasta casi mil veces su tamaño original, se envuelve en un capullo de seda y emerge como una polilla grande que no tiene boca funcional y no puede comer, por lo que morirá antes de siete días. han pasado, por lo que pretende aparearse inmediatamente. Truman estudió las hormonas que regulan estos cambios y “se enganchó a la metamorfosis y se interesó en el comportamiento en la metamorfosis”, dijo. “Estos intereses se fusionaron con el deseo de comprender cómo el cerebro, específicamente, cambia durante la metamorfosis. Quería entender cómo el cerebro de una oruga se transforma en el cerebro de una polilla”.

Durante un año sabático en la Universidad de Cambridge, Truman y Riddiford tomaron un descanso de su trabajo con polillas y comenzaron a observar Drosophila, más comúnmente conocida como moscas de la fruta. "No había herramientas genéticas para estas polillas gigantes de la seda, pero sí buenas herramientas genéticas para Drosophila", dijo Truman. Los científicos tienen un conocimiento extraordinariamente detallado de la composición genética de las moscas de la fruta. Existen herramientas para eliminar genes específicos y alterar cómo o cuándo se expresa un gen. Puede pedir fácilmente moscas de la fruta con todo tipo de mutaciones; incluso puede pedir una con una mutación genética que hace que a las moscas les crezcan patas donde normalmente les crecen antenas. Esta investigación se remonta al trabajo realizado hace casi un siglo por el biólogo Thomas Hunt Morgan, quien dirigió lo que se denominó Fly Room en la Universidad de Columbia. Hoy en día, los investigadores tienen acceso a más de dos millones de líneas de Drosophila; esto permite la manipulación precisa de prácticamente cualquier aspecto biológico que pueda concebir, ya sea en la etapa larvaria o adulta. "En las moscas de la fruta, sólo estamos limitados por la imaginación, no técnicamente", dijo Truman.

Truman y su equipo querían saber, con gran detalle anatómico, qué parte del cerebro de una larva persiste en el de una mosca adulta. "Podemos imaginar con un pequeño saltamontes que las experiencias que tiene al crecer podrían moldear el funcionamiento de su cerebro", dijo Truman, usando el ejemplo de los saltamontes porque no sufren una metamorfosis completa. “¿Pero qué pasa cuando el cambio que le ocurre a un insecto es tan masivo”, como ocurre con la metamorfosis completa? “¿Entonces sales de una tabula rasa? ¿O tu vida adulta está sesgada de alguna manera por tu vida como larva? En un artículo reciente publicado en la revista eLife, el equipo de Truman rastreó cómo se alteraban las conexiones neuronales en la transición de la larva de Drosophila al adulto: lo que se remodelaba, lo que se destruía y lo que se generaba de nuevo.

El equipo de Truman observó un centro neuronal del cerebro larvario, conocido como cuerpo en hongo, que media el aprendizaje olfativo. Para un insecto, el olfato es, con diferencia, el sentido más importante. Una larva podría aprender a asociar un determinado olor con algo positivo o negativo. Pero, ¿recuerda una mosca adulta de la fruta esa conexión que se formó en la juventud? Podríamos pensar en esto como una pregunta sobre la mosca de la fruta de Pavlov. Lo que hizo el equipo de Truman fue encontrar una manera, con detalles anatómicos, de ver si alguna de esas conexiones neuronales era estable durante la metamorfosis, "para ver si había alguna continuidad", dijo Truman. “No hubo ninguno. Quiero decir, el cerebro es un lugar complicado. Pero, en el nivel más simple, esas relaciones neuronales estaban confusas, desaparecieron”.

A menudo pensamos que nuestro "yo" está situado en nuestro cerebro. La obra de Truman me recuerda la clásica pregunta de si el barco de Teseo sigue siendo el mismo si se reemplaza cada tabla y parte de ella; es una especie de koan de identidad para la metamorfosis de artrópodos. "Es la situación definitiva de 'yo, yo y yo'", dijo Bertram Gerber, jefe del Departamento de Genética del Aprendizaje y la Memoria del Instituto Leibniz de Neurobiología. Gerber describió el trabajo de Truman como la "mirada más profunda hasta ahora a lo que le sucede al cerebro" en la metamorfosis, señalando que muestra, con "detalle, precisión y elegancia experimental sin precedentes" cómo las conexiones en el cerebro del insecto se podan y vuelven a crecer de manera tan dramática.

Aunque los aplastamos y pisoteamos (si no intentamos ignorarlos), los insectos tienen colectivamente una biomasa mayor que la de los humanos. No siempre fueron tan dominantes. Durante el período Carbonífero temprano (hace unos trescientos setenta y cinco millones de años), cuando había escorpiones de un metro de largo y criaturas parecidas a cocodrilos de seis metros de largo, los insectos de alguna manera desarrollaron alas. "Nadie más pudo volar durante unos cincuenta millones de años; los insectos tenían el aire para ellos solos", dijo Truman. Sin embargo, los fósiles muestran que las pequeñas alas de insectos muy jóvenes eran vulnerables a sufrir daños; Una solución evolutiva fue que las alas se desarrollaran dentro de una almohadilla protectora. Las alas podrían entonces emerger cuando el insecto fuera adulto, un patrón de crecimiento que vemos hoy en saltamontes y cigarras, entre otros. Es un cambio, una metamorfosis, pero se denomina "incompleto". No es tan dramático como el ejemplo clásico de una oruga que se convierte en mariposa, un cambio tan intuitivamente inverosímil que en el siglo XIX un naturalista fue arrestado en Chile por dejar orugas a una niña y decirle que si las alimentaba se convertirían en mariposas; los ciudadanos en el poder lo consideraron una herejía.

Decenas de millones de años después del desarrollo de las alas, surgió la metamorfosis completa. "Sucedió, y luego los insectos explotaron en términos de diversificación y números", dijo Truman. Hormigas, abejas, moscas, mosquitos, polillas: todos estos órdenes de gran éxito sufren una metamorfosis completa y todos tienen un ancestro común.

Los beneficios prácticos de la metamorfosis no son inmediatamente claros para alguien que no sea biólogo. La metamorfosis parece excesivamente magnífica y elaborada. ¿Qué recompensa podría merecer el trabajo de transformar tan radicalmente el propio cuerpo? Truman recordó: “Mi antiguo instructor Carroll Williams solía decir: 'Una oruga es un intestino sobre orugas, que luego se transforma en una máquina voladora dedicada al sexo'. “La metamorfosis permite una especialización extrema: alimentarse y crecer en la etapa larvaria, luego aparearse en la etapa adulta. "Si nos fijamos en un ejemplo de metamorfosis incompleta, como el de los saltamontes, el saltamontes bebé y el saltamontes adulto comen lo mismo y, por tanto, compiten por los recursos", dijo Truman. "De repente, con la metamorfosis, puedes separar los recursos". Una oruga comerá hojas; una mariposa se alimentará de néctar. Es más, una larva de vida corta puede adaptarse para comer fuentes de alimento que son efímeras, como moscas de la fruta en una media naranja podrida o escarabajos peloteros en los excrementos de los ciervos.

Parte de lo que destaca del trabajo realizado por Truman y Riddiford a lo largo de los años es su conjetura bien fundamentada de que, en los insectos con metamorfosis completa, la etapa temprana del animal evolucionó más tarde que la forma adulta. Esto es lo opuesto a la visión de la evolución que tenemos (algo defectuosa, pero sugerente) cuando observamos cómo un renacuajo, un pez, se convierte en una rana, una criatura que puede vivir en la tierra. El ciclo de vida de la rana se asemeja a una recapitulación de los peces que se convierten en anfibios a lo largo de eones. En la metamorfosis de los insectos, la línea del tiempo corre, por así decirlo, hacia atrás, con el desarrollo más reciente, la larva, que aparece primero y luego avanza como si se invirtiera en el tiempo, hasta convertirse en el adulto convencional. Es la juventud la que es un invento salvaje.

Cuando la botánica y entomóloga alemana María Sibylla Merian tenía trece años, tenía una casa de papel en la que criaba gusanos de seda y los observaba hacer sus capullos. Merian nació en 1647, un año antes del Tratado de Westfalia, que puso fin a la Guerra de los Treinta Años, y fue aprendiz de su padrastro, un pintor. Como artista, representó los ciclos de vida de los gusanos de seda, las orugas y otras criaturas cambiantes, y su trabajo se destacó por mostrar a las criaturas en su entorno, con sus fuentes de alimento, por verlas en sus reinos. Más tarde, dejó a su marido y se unió a una comuna religiosa durante tres años; luego, tras la muerte de su madre, se fue a Ámsterdam con sus dos hijas y se mantuvo con un estudio de pintura y vendiendo grabados y plantas e insectos inusuales. A la edad de cincuenta y dos años, viajó a Surinam con sus hijas y pasó allí alrededor de dos años documentando maravillas que otros dudaban, como una tarántula lo suficientemente grande como para comerse un colibrí y hormigas que usaban sus cuerpos como puentes para que otras hormigas se acercaran. cruz. Las personas esclavizadas ayudaron a Merian en Surinam a buscar flora y fauna.

Es posible que Merian también haya sido la primera persona en documentar el ciclo de vida de la avispa parásita que tanto afectó a Truman cuando era un adolescente. Describió cómo algunos capullos, de los que esperaba que emergieran mariposas, revelaron en cambio avispas. Darwin también observó avispas parásitas y dijo de ellas que no podía convencerse de que “un Dios benéfico y omnipotente las habría creado deliberadamente”. ♦