Desvelada la compleja química cerebral de las hormigas

Una nueva investigación ha puesto al descubierto los procesos neurobiológicos de las hormigas, que les permiten comportamientos colectivos altamente sofisticados, a pesar de tener un cerebro diminuto, aunque bien poblado de neuronas. También arroja luz sobre la bioquímica de ciertos sistemas hormonales que se han desarrollado de manera similar, tanto en hormigas como en humanos.

Las hormigas, diminutos insectos que forman colonias altamente organizadas, han fascinado a los científicos durante mucho tiempo.

Recientemente, se han realizado sorprendentes descubrimientos sobre el cerebro de las hormigas, revelando la complejidad y capacidad de organización de estos diminutos seres.

Estos hallazgos ofrecen una visión intrigante de cómo un cerebro minúsculo puede dar lugar a comportamientos colectivos altamente sofisticados.

Nuevo método

Ahora, un grupo de investigadores ha desarrollado un método que les permite estudiar de una forma original el cerebro de las hormigas y obtener información sobre sus procesos neurobiológicos.

Sus hallazgos podrían ayudar a explicar la evolución del comportamiento social en el reino animal y arrojar luz sobre la bioquímica de ciertos sistemas hormonales que se han desarrollado de forma similar en las hormigas y los humanos.

El nuevo método permite estudiar la neuroquímica de las hormigas, unos insectos que tienen cerebros muy sofisticados y que pueden coordinar comportamientos complejos como la organización de colonias.

Dos técnicas

El método combina dos técnicas: la imagen por espectrometría de masas de alta resolución (MSI) y la microtomografía computarizada (µCT): ambas permiten mapear la distribución tridimensional de los neuropéptidos en el cerebro de las hormigas. Los neuropéptidos son moléculas que regulan procesos fisiológicos y conductuales en los animales.

Los investigadores analizaron el cerebro de dos especies de hormigas: la hormiga cortadora de hojas (Atta sexdens) y la hormiga negra de jardín (Lasius niger).

Observaron que algunos neuropéptidos, como los péptidos relacionados con la taquiquinina TK1 y TK4, se distribuyen ampliamente en muchas áreas del cerebro de ambas especies, mientras que otros, como la miopresina, solo se encuentran en regiones específicas.

También observaron diferencias entre las dos especies: un gran número de neuropéptidos se encontraron en el lóbulo óptico de L. niger, pero solo uno (un péptido similar a ITG) se identificó en la misma región en A. sexdens.

Neuroquímica 3D

El método desarrollado por los investigadores integra datos químicos tridimensionales en un modelo anatómico de alta definición, lo que permite visualizar la neuroquímica 3D sin distorsiones en su propio entorno anatómico complejo.

Los hallazgos podrían ayudar a explicar la evolución del comportamiento social en el reino animal y arrojar luz sobre la bioquímica de ciertos sistemas hormonales que se han desarrollado de forma similar en las hormigas y los humanos. Los resultados de este trabajo se publican en la revista PNAS Nexus.

Cerebros notables

A pesar de su tamaño diminuto, las hormigas poseen cerebros notables. A diferencia de los cerebros humanos, que son grandes y altamente especializados, los cerebros de las hormigas son relativamente pequeños, pero densamente empaquetados con neuronas: unas 250.000.

El sistema nervioso de la hormiga está formado fundamentalmente por un cerebro ganglionar, un ganglio subesofágico y una cadena de ganglios (uno por segmento del cuerpo) colocados a lo largo de la región ventral.

Sus neuronas se organizan en esos ganglios distribuidos en todo el cuerpo de la hormiga, permitiéndole procesar información de manera descentralizada.

Una de las características más fascinantes de las hormigas es su capacidad para exhibir comportamientos colectivos altamente organizados.

Investigaciones recientes han demostrado que esto es posible gracias a la forma en que las hormigas interactúan entre sí y cómo procesan la información en su pequeño cerebro.

Organización social de las hormigas

La estructura social de las hormigas es otro aspecto fascinante relacionado con su cerebro. Estos insectos forman colonias altamente organizadas, en las que cada miembro tiene una función específica para el bienestar y supervivencia de la comunidad.

Investigaciones recientes han revelado que la comunicación y la toma de decisiones en las colonias de hormigas se basan en señales químicas cerebrales y en la interacción entre individuos, lo que refleja una forma de inteligencia colectiva.

La IA y las hormigas

Los algoritmos y modelos basados en el comportamiento de las hormigas han llevado al desarrollo de técnicas de optimización y enrutamiento eficiente, conocidos como algoritmos de colonia de hormigas.

Estos algoritmos se utilizan en problemas complejos de logística, planificación de rutas y en otras áreas donde se requieren soluciones óptimas en un espacio de búsqueda grande.

A medida que continuamos investigando y aprendiendo de estos pequeños insectos, podemos obtener ideas valiosas que nos ayudarán a construir un futuro donde la inteligencia artificial se combine con la inteligencia colectiva para resolver problemas de manera eficiente y beneficiar a la sociedad en su conjunto.

Referencia

Multiplexed neuropeptide mapping in ant brains integrating microtomography and three-dimensional mass spectrometry imaging

. Benedikt Geier et al. PNAS Nexus, Volume 2, Issue 5, May 2023, pgad144. DOI:https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgad144