Las hormigas, como nunca las habías visto

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En plenas restricciones provocadas por la pandemia de 2020, un estudiante de doctorado italiano que trabaja en Barcelona envía una remesa de hormigas, entre ellas, machos de especies muy escasas, difíciles de conseguir.

Al otro lado del mundo, un joven ornitólogo aficionado de Corea remite un paquete con la mayoría de especies de hormigas que existe en la península coreana. El destino es un laboratorio del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa, donde un equipo de investigadores está a punto de desarrollar una base de datos nunca vista.

El prestigioso ornitólogo Edward O. Wilson decía que “Marx tenía razón, el socialismo existe. Lo único es que se equivocó de especie”. Se refería a las hormigas. Estos insectos eusociales (el nivel más alto de organización social que existe en el mundo natural), destacan por su abundancia, por su ubicuidad y su resistencia.

El último recuento habla de más de 20.000 billones (con b), aunque los científicos creen que podrían ser muchas más. Sin embargo, estos insectos encierran todavía grandes interrogantes. Un equipo de científicos ha publicado una extensa base de datos visual sobre hormigas, representadas en 3 dimensiones como nunca antes se había hecho.

El resultado, imágenes especialmente detalladas de 2.193 ejemplares de 212 géneros y 792 especies, una cantidad ingente de datos que cae como agua de mayo para el estudio de la filogenética de estos animales. ¿Cómo lo lograron? Siguiendo un método revolucionario: usando un acelerador de partículas, lo que permitió producir en una sola semana escáneres que de otra manera hubieran requerido años.

Datos de más del 90% de los grandes linajes

“Los modelos tridimensionales son una auténtica mina de información -cuenta a National Geographic Francisco Hita García, director del Instituto de Investigación y Evolución de Biodiversidad de Leibnitz, quien participó en el proyecto de investigación- Por un lado, capturamos con gran detalle toda la morfología externa: la forma del cuerpo, el tamaño, la textura y el grosor del exoesqueleto, la arquitectura de las mandíbulas, las patas y las antenas. Eso ya permite mediciones morfométricas precisas y comparables entre las 792 especies de 212 géneros y 14 de las 16 subfamilias de hormigas que incluye Antscan, más del 90 % de los grandes linajes”.

Lo más revelador, afirma, es el interior. “Gracias al contraste de fase del sincrotrón, que detecta diferencias sutiles podemos ver músculos, cerebro (con sus distintos lóbulos: cuerpos de hongos, lóbulos ópticos, lóbulos de las antenas), sistema nervioso, tracto digestivo completo (estómago, intestino medio, intestino posterior, túbulos de Malpighi), glándula de veneno, glándula de Dufour y aparato del aguijón. Todo eso en especímenes conservados en colecciones durante años o décadas, sin alterar ni un solo pelo de la hormiga”.

Además, para 186 de esas 792 especies contamos también con datos genómicos, obtenidos en coordinación con proyectos de secuenciación, como Global Ant Genomics Alliance (GAGA), lo que nos permite correlacionar rasgos físicos con información del genoma.

Conseguir semejante cantidad de datos requirió un esfuerzo descomunal. “Los retos técnicos no fueron menores. “Preparar físicamente cada hormiga para el escaneado fue una tarea minuciosa e indispensable: clasificarlas por tamaño, asignarles identificadores únicos, empaquetarlas en tubos de plástico de precisión que encajaran con el robot del sincrotrón, de forma que las hormigas de cada bandeja tuvieran un tamaño similar y pudieran escanearse a la misma magnificación. Todo ello requirió una enorme cantidad de horas de trabajo antes de realizar el escaneo.

Pero lo más difícil, explica Francisco, fue el tratamiento de los datos en sí: “el proyecto generó más de 200 terabytes de información bruta, con cada escaneo sin procesar pesando unos 92,5 GB. Eso exige una infraestructura de computación y almacenamiento de primer nivel, y obliga a diseñar flujos de trabajo automatizados muy robustos para que los datos no se pierdan ni se corrompan”.

Además, explica, el tiempo de uso del sincrotrón, un recurso escaso y muy competitivo. No todo el mundo puede usarlo. Existen convocatorias científicas revisadas por pares que exigen una planificación exhaustiva. Un sincrotrón es, en esencia, un enorme acelerador circular que hace girar electrones casi a la velocidad de la luz.

un reto logrado gracias a la ia

El escaneo fue un paso más, pero si hay una herramienta revolucionaria para este proyecto fue la IA, que los investigadores utilizaron para hacerlo viable a gran escala. Segmentar, es decir, ‘colorear’ digitalmente cada tejido u órgano por separado en el modelo 3D, de forma manual llevaría semanas por espécimen, explica el experto, con lo que su solución pasó por entrenar una red neuronal profunda usando una plataforma llamada Biomedisa. “El algoritmo aprendió a reconocer y separar exoesqueleto, músculo, sistema nervioso, órganos digestivos y aparato del aguijón de forma automática en todos los demás especímenes”, explica.

La IA ofrece un potencial enorme, explica el experto. “En primer lugar, afirma, permite extraer de forma automática cientos de medidas morfológicas de miles de especímenes, algo imposible a mano. Eso permite abrir la puerta al estudio de la evolución del cerebro o del aparato digestivo a través de cientas de especies al mismo tiempo.

Además, permitiría diseñar robots o materiales inspirados en estructuras de la naturaleza: una disciplina conocida como biomimética. Por último, estos modelos pueden integrarse en entornos de realidad virtual o aumentada, o imprimirse en 3D para que estudiantes de cualquier rincón del mundo puedan ‘diseccionar’ virtualmente una hormiga sin necesidad de un laboratorio.

Descubren una extraña ‘malla’ microscópica

Por si fuera poco, este amplio proyecto de investigación no solo permitió obtener cantidades ingentes de datos, también llevaron a cabo algunos descubrimientos sorprendentes: entre ellos, una extraña capa de mineral endurecido que algunas hormigas tenían bajo la cutícula, una especie de ‘armadura mineralizada’ que hace que las hormigas brillen más en las imágenes de rayos X, como si llevaran una cota de malla microscópica.

Se había descrito antes, en la hormiga cortadora de hojas. Acromyrmex echinatior, y se pensaba que era algo excepcional, pero nunca se había podido documentar”, afirma Hita García, quien explica que, al revisar sistemáticamente las imágenes, encontraron que esta armadura es en realidad muy común entre las hormigas cultivadoras de hongos, y que apareció de forma independiente en varios linajes con distintos sistemas agrícolas, desde las cortadoras de hojas hasta las que cultivan levaduras o agricultura ‘inferior’.

“Lo fascinante es que llegamos a este hallazgo solo explorando los datos que ya teníamos, sin necesidad de nuevas expediciones ni nuevas colectas.” El tipo de descubrimiento, afirma el investigador, ilustra perfectamente el poder de una biblioteca mirmecológica en 3D a tan gran escala. Un recurso al que puede acceder libremente cualquier investigador del mundo accediendo simplemente a antscan.info.

Fuente: https://www.nationalgeographic.com.es/