Las plantas y sus hormigas: cuando la flora y la fauna se alían

Cuando dos especies interactúan en beneficio de ambas, los biólogos hablan de “mutualismos”. Pero, por muy idílicas que puedan parecer estas relaciones, rara vez son perfectamente armoniosas —de hecho, pueden evolucionar hasta volverse desequilibradas y explotadoras—.

Las especies pueden engañarse o manipularse entre sí, o incluso poner en peligro la salud y la supervivencia de la otra. Para evitar que eso suceda, han desarrollado diversos mecanismos para controlarse o incluso castigarse mutuamente.

Guillaume Chomicki, biólogo de la Universidad de Durham, en el Reino Unido, lleva años fascinado por los mutualismos. Está especializado en un peculiar grupo de plantas del género Squamellaria, cuyos miembros crecen en lo alto del dosel de los árboles tropicales.

Estas plantas establecen relaciones mutualistas con especies de hormigas, que les proporcionan alimento y, en ocasiones, ayudan a cultivarlas, a cambio de refugio y comida. Chomicki ha descubierto que las plantas de Squamellaria pueden evitar que la cooperación se rompa aislando a sus hormigas “huéspedes” en compartimentos físicos, y que están lejos de ser la única especie que hace esto.

Chomicki describió este y otros ejemplos intrigantes en el Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics, y lo explicó con más detalle en esta entrevista con Knowable Magazine. Esta entrevista ha sido editada para lograr mayor claridad.

¿Cómo acabó trabajando en este grupo tan peculiar de plantas exóticas?

Al principio me propuse estudiar y clasificar todas las plantas de un grupo de unas 105 especies que viven en lo alto de los árboles, donde no hay suelo, por lo que dependen de las hormigas para obtener nutrientes. Para ello, estaba secuenciando el ADN a partir de material de herbario, pero no pude hacerlo con varias especies que crecen en Fiyi, así que tuve que viajar hasta allí para recolectarlas, a veces trepando hasta lo alto del dosel.

Mi trabajo de campo allí dio lugar a varios descubrimientos. En primer lugar, descubrí que algunas especies son cultivadas por una especie concreta de hormiga: la hormiga planta las semillas en las ramas de los árboles y luego cultiva las plantas, fertilizándolas y defendiéndolas de los herbívoros, y finalmente también las cosecha. Sabíamos que las hormigas cultivaban hongos, pero esto era algo diferente.

Estas plantas desarrollan grandes cavidades en las que las hormigas construyen sus nidos, y los excrementos de las hormigas proporcionan nutrientes a la planta. Siempre se asocian con la misma especie de hormiga, pero, como descubrí más tarde, otras no lo hacen. Una vez, abrí la cavidad de otra especie de planta y descubrí en su interior dos especies de hormigas completamente diferentes: una pequeña y otra grande.

Me pareció muy extraño. Básicamente, todas las teorías han predicho que tener varios socios de cooperación no emparentados sería una mala idea. Se podría permitir que los socios malos sobrevivieran porque también hay buenos, y la competencia entre socios podría conducir a la desestabilización y, en última instancia, al colapso de la asociación. Así que quise entender por qué esto puede existir.

Entonces encontré muchos más ejemplos de esto: el máximo fue de cinco especies diferentes de hormigas viviendo en una misma planta. Así que realicé una amplia serie de experimentos para entender qué estaba pasando. La primera posibilidad era que estas especies de hormigas simplemente no fueran muy agresivas. Para comprobarlo, tomé obreras de una de las especies de hormigas y las coloqué cerca de obreras de la otra especie para ver si se producían conflictos. Y sí, los hubo. Pero lo interesante fue que, en experimentos de campo y de laboratorio, cuando se mantenían los nidos separados, las hormigas podían compartir una fuente de azúcar cercana sin matarse entre sí.

Esto me dio la idea de realizar una tomografía computarizada de las estructuras. De este modo, descubrí que, mientras que todas las plantas asociadas a una sola especie de hormiga tenían un único compartimento grande, todas las que albergaban varias especies de hormigas tenían múltiples compartimentos. Todos ellos estaban conectados de forma independiente con el exterior, pero nunca entre sí.

La prueba definitiva consistió en romper estos compartimentos. Cuando eliminé la pared entre dos especies diferentes de hormigas, descubrí que luchaban a muerte. Al cabo de media hora, quedaban pocas hormigas con vida, a pesar de que llevaban años viviendo allí. De repente, la planta se quedó sin ninguna hormiga.

¿Por qué algunas plantas albergan varias especies, mientras que otras solo albergan una?

Las plantas especializadas que albergan a una sola especie de hormiga y son cultivadas por ella descienden todas de antepasados que eran generalistas: albergaban a diversas especies. Las hormigas del género Philidris, que cultivan y viven dentro de plantas del género Squamellaria —que solo albergan a una especie de hormiga—, tienen un rasgo muy particular: pueden construir nidos satélite, lo que significa que pueden habitar en muchas plantas de Squamellaria dentro del mismo árbol. Al hacerlo, pueden crear enormes colonias, que son muy difíciles de conquistar.

Además, son muy agresivas, lo que obliga a otras hormigas a mantenerse alejadas. Esto puede haber dado lugar a una situación en la que las plantas hayan evolucionado para especializarse en albergar a esta especie concreta de hormiga.

Esto supone claras ventajas para las hormigas, ya que ya no tienen que competir. Pero las plantas especializadas también tienden a beneficiarse más de albergar a sus hormigas favoritas. Hemos descubierto que reciben de ellas aproximadamente 2,5 veces más nitrógeno que el que obtienen las plantas generalistas de sus hormigas. Sin embargo, al depender de una especie concreta de hormiga, son más vulnerables y, a menudo, también se encuentran en peligro de extinción.

En Fiyi hay una especie de hormiga invasora —la hormiga de patas blancas Technomyrmex vitiensis— que a veces sustituye a las colonias de Philidris. En seis meses, la planta muere. Eso no puede ocurrirle a las plantas generalistas, ya que se benefician de cualquier especie de hormiga, incluida la invasora.

¿Son estos compartimentos que permiten que varias especies convivan dentro de la planta al mismo tiempo una característica exclusiva de Squamellaria, o han desarrollado otras especies soluciones similares?

Son bastante únicas, aunque las especies que tienen simbiontes bacterianos —incluidos los seres humanos— favorecen el crecimiento de diferentes bacterias en distintas zonas del cuerpo, lo que podría considerarse una especie de compartimentación. Los organismos también cuentan con mecanismos para impedir que las bacterias entren en zonas donde puedan causar enfermedades. Cuando bacterias de la piel o del intestino, que en otras circunstancias son beneficiosas, entran en nuestro torrente sanguíneo, por ejemplo, pueden volverse muy peligrosas. Esto demuestra que el mutualismo es siempre una cuestión de equilibrio y control.

Muchas raíces de las plantas cuentan con protecciones similares para evitar que los hongos que les ayudan a absorber nitrógeno y fósforo crezcan demasiado hacia el interior, donde pueden causar daños. A menudo también albergan diferentes cepas de bacterias u hongos en distintos compartimentos, de modo que pueden recompensarlas o castigarlas selectivamente en función de su contribución.

El sepiólido o calamar bobtail hace algo similar con las criptas en las que alberga diferentes cepas de bacterias luminiscentes que le ayudan a cazar por la noche, expulsando gradualmente las cepas que ya no producen luz. Los corales también imponen límites estrictos a sus simbiontes para asegurarse de que no se multipliquen en exceso.

Y las plantas que permiten que insectos como las avispas de los higos o las polillas de la yuca pongan huevos en ellas a cambio de la polinización pueden controlar el número de huevos depositados, abortando los frutos o las flores que contienen demasiados huevos. Se ha debatido si se trata de una adaptación específica o simplemente del resultado de una respuesta preexistente de la planta al daño herbívoro causado por un exceso de huevos, pero, en cualquier caso, se trata efectivamente de una sanción.

En las simbiosis entre plantas y hormigas específicas, el alimento que proporciona la planta a menudo solo es accesible para las especies de hormigas con las que se asocian. Hemos realizado experimentos que demuestran que solo las hormigas del género Philidris pueden perforar la gruesa capa que rodea los nutritivos nectarios de la planta Squamellaria para acceder al líquido azucarado que contiene. Del mismo modo, las hormigas de la acacia de América Central son las únicas que pueden alimentarse de las protuberancias ricas en proteínas y lípidos que se forman en las puntas de las hojas de las especies arbóreas que protegen, en las que viven y de las que se alimentan.

Estas acacias son bastante conocidas por otra razón: el néctar que proporcionan contiene una enzima que dificulta que las hormigas digieran el néctar de otras plantas.

Sí, el néctar contiene una enzima, la quitinasa, que hace que la invertasa de la hormiga —una enzima que descompone la sacarosa— resulte ineficaz. Esto obliga, en esencia, a la hormiga a alimentarse del néctar de la acacia, que es pobre en sacarosa, en lugar de buscar otros néctares.

Otro ejemplo son las orugas de las mariposas licénidas, muchas de las cuales viven en los hormigueros. Estas drogan a las hormigas para alterar su comportamiento. Existen varios casos de este tipo de comportamiento aparentemente abusivo, en los que un socio impone la dependencia al otro.

Algunos huéspedes engañan a los simbiontes para que se vuelvan dependientes, pero muchas veces la dependencia simplemente evoluciona con el tiempo.

Así es. Si pensamos, por ejemplo, en la simbiosis entre los pulgones y las bacterias Buchnera, que viven dentro de las células del pulgón, el genoma bacteriano se ha reducido tanto que ya no puede hacer nada por sí solo. En muchos casos, estos simbiontes acaban acumulando tantas mutaciones perjudiciales que se vuelven inútiles para el huésped, ya no le proporcionan los nutrientes que solían aportarle y tienen que ser sustituidos. Esto se observa una y otra vez en los insectos. Aunque no podamos evaluar cuán aptos son realmente los socios por sí mismos, la situación no parece muy favorable para el simbionte, que acaba volviéndose más explotador de lo que sería necesario.

Creo que esta es la vía principal hacia la evolución de la dependencia obligatoria, en la que las especies dependen realmente unas de otras para sobrevivir. Ambas especies podrían perder la capacidad de realizar ciertas funciones —como digerir determinados nutrientes, producir ciertas vitaminas o defenderse de los depredadores—, ya que estas las proporciona el socio. Se trata de un mecanismo evolutivo automático que hace que las especies sean dependientes —y vulnerables—. Cuando una especie se extingue, es probable que la otra también desaparezca.

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¿Cómo clasificaría usted nuestra propia relación con las plantas y los animales que hemos domesticado?

Cuando pensamos en la domesticación, hay casos que yo calificaría de explotadores. En algunos de los principales cultivos y animales domesticados, se ha producido tal acumulación de mutaciones perjudiciales que no pueden sobrevivir ni reproducirse sin nosotros. Hay pollos que engordan tanto que sus huesos se romperían antes de que pudieran reproducirse. También hay ejemplos similares en los cultivos. No pueden dispersar sus semillas, dependen de los humanos para reproducirse y su diversidad genética se ha visto mermada.

Por otro lado, por supuesto, estas plantas y animales se encuentran ahora entre los más abundantes del planeta. Es una relación complicada.

Artículo traducido por Debbie Ponchner