La Evolución Simbiótica: Innovación a través de Simbiosis (Sobre bacterias, Insectos Sociales y Ciclos Biogeoquímicos)

Aunque la ideología últraneodarvinista pivota sobre el papel de la competición y la supervivencia del más apto, en la evolución de la vida sobre La Tierra, tal como la conocemos, la realidad nos dice que también se encuentra condicionada por procesos de cooperación que, como la simbiosis, ha hecho posible el desarrollo hacia mayores niveles de complejidad. La cooperación deviene tan importante como la competición, por mucho que algunos lo soslayen. Así, por ejemplo, la mayoría de vosotros sabéis, que la complejidad de la célula eucariota deviene de la simbiosis consecutiva entre distintos tipos de bacterias y arqueas (organismos procarióticos). Sin tales rasgos de cooperación, la vida, “parece” que no habría logrado sobrepasar la frontera de los microorganismos unicelulares más sencillos. La exhuberancia de la biosfera ha dependido pues de la cooperación, tanto o más que de la competición. Más aun, los organismos complejos pluricelulares, necesariamente dependen de toda una cohorte de microorganismos que llevamos en nuestras entrañas, piel, boca, etc., para poder sobrevivir. No somos pues unos verdaderos individuos, sino “de alguna forma” “unidades-ecosistémicas”. La ciencia va, paso a paso, demostrando el mayúsculo papel de la simbiosis  y coevolución en la evolución de los grupos taxonómicos más dispares. Entre ellos, los insectos sociales, como las termitas y hormigas, han logrado un enorme éxito evolutivo, así como una apabullante biodiversidad, gracias a la mencionada simbiosis con otras especies. De hecho, al margen de sus estructuras sociales y ciudades subterráneas, que se asemejan en muchos aspectos a las propias del ser humano, muchas especies de hormigas y termitas, poseen un  tipo concreto de agricultura, selección genética de cultivares y otros rasgos de los que daremos cuenta en el siguiente post sobre el tema (muy pronto). Hoy, nos centraremos en la capital importancia de estos insectos sociales en el mantenimiento de los ecosistemas tropicales (especialmente en la copa de sus árboles), así como en el ciclo del nitrógeno.

 

 

 

Canopia de los bosques tropicales. Fuente: BBC.

 

 

Cuando comencé mi andadura en la indagación científica de los suelos, se me informaba de que en su seno, existían dos tipos de organismos capaces de fijar el nitrógeno atmosférico. Uno de ellos era simbiótico obligado de los sistemas radiculares de ciertas plantas, mientras que los otro se encontraba constituido por formas libres que habitaban en el suelo sin mayores dependencias. Casi todos los libros hacían énfasis en los primeros, infravalorando la influencia de los segundos. Recientes descubrimientos nos informan de que las simbiosis, también son esenciales en otros grupos taxonómicos (como hormigas y termitas), mientras que las formas libres atesoran mayor importancia de la que se creía por aquel entonces. Ambas desempeñan un papel vital en el ciclo del nitrógeno y mucho más.

 


 

Cephalotes grandinosus, Hormiga herbívora. Fuente: Myrmecos blog

 

Así por ejemplo, las bacterias simbióticas han permitido la herbivoría de las hormigas, así como el cultivo de hongos, tanto por estas como por las termitas. Ellas son las que enriquecen principalmente el suelo de los ecosistemas tropicales y subtropicales de este compuesto en forma biodisponible, ya que el atmosférico no lo es. La estructura y dinámica en estos biomas sería muy diferente sin ellas. El hecho de que estos animales atesoren más biomasa que todos los demás juntos, al menos en los bosques tropicales húmedos, da cuenta de su enorme valor. De hecho el que las hormigas sean uno de los insectos con más biodiversidad de especies es resultado de tal simbiosis.

 

Tales bacterias son denominadas Rhizobiales. Según Wikipedia:

 

Rhizobiales es un orden de proteobacterias alfa. Los rizobios que fijan nitrógeno y que son simbiontes en las raíces de las plantas se clasifican en este grupo en diferentes familias

 

 

Microorganismos fijadores de nitrógeno atmosférico:

Su papel en la naturaleza. Fuente: Fuente: Proyecto de

innovación educativa para la enseñanza de la química

 

Todo esto queda muy lejos de la imagen cruel que los ultradarvinistas imponen en su visión de la naturaleza y la evolución de la vida. Seguiremos hablando del tema en el próximo post. Os dejo hoy con información sobre el vuelo (la canopia de los bosques), para adentrarnos en el siguiente post en el suelo, en donde el grado de sofisticación y estructuración de tal relación planta-insecto-bacteria simbionte es aun mucho mayor y más fascinante. He traducido la noticia que ofrecía Sciencedaily al español-castellano, párrafo por párrafo, dejando los anglosajones delante y bajo ellos los que podemos entender en nuestro idioma. Juzgar por vosotros mismos el papel de la cooperación en la evolución de la vida y la estructuración de los ecosistemas y ciclos biogeoquímicos.

 

Juan José Ibáñez      

 



Rain Forest Mist, Borneo, Indonesia, 1997
Photograph by Tim Laman. Source National Geographic

 

Symbiosis: Bacterial Gut Symbionts Are Tightly Linked With the Evolution of Herbivory in Ants

 

ScienceDaily (Dec. 2, 2009)Multiple independent associations between rhizobiales and herbivorous ants provides strong evidence that symbiotic bacteria have facilitated the evolution of nectar and exudate-feeding life histories in ants and their radiation into otherwise inhospitable rainforest canopy habitats, providing a novel instance of innovation through symbiosis.

 

 

ScienceDaily (2 de diciembre de 2009) -Asociaciones independientes múltiples entre Rhizobiales y hormigas herbívoras proporcionan una fuerte evidencia de que las bacterias simbióticas han propiciado la evolución de un ciclo de vida en que incluye la alimentación mediante néctar y otros exudados, favoreciendo la radiación de estos animales que anidan en el suelo en los inhóspitos hábitats dosel del bosque lluvioso, proporcionando un ejemplo palmario de innovación a través de la simbiosis.

 

 

Broadly speaking, ants have two different feeding strategies. A large proportion of all species are “carnivorous,” meaning that they are generalist predators feeding on other small animals or scavenging on their remains. Some, however, are “herbivorous.” This is not to say that they only eat plants; rather, the bulk of their diets consist of plant-derived matter. For example, some forage on sticky fluids produced by plants to attract ants, called extra-floral nectar; others feed on the processed plant sap excreted by plant-sucking insects such as scale insects and aphids. Herbivorous ants are likely to be a highly under-estimated component of the global fauna as there are many tropical forest canopy specialists among them, and the forest canopy remains to this day surprisingly unexplored.

 

En términos generales, las hormigas poseen dos diferentes estrategias de alimentación. Una gran proporción de las especies son “carnívoras”. Se trata de depredadoras generalistas que se nutren de otros animales pequeños o de sus restos. Algunas, sin embargo, son “herbívoras”. Esto no quiere decir que sólo se comen las plantas, sino que la mayor parte de su dieta consiste en materias primas derivados de los vegetales. Por ejemplo, algunas forrajean o engullen los líquidos pegajosos producidos por las plantas, cuya misión es atraer a las propias hormigas, llamada néctar extraforal, mientras que otras consumen savia de previamente procesada y excretada por insectos chupadores como cochinillas y pulgones. La impotencia de las hormigas herbívoras puede haberse subestimado, como componentes de la fauna mundial, ya que hay muchas especialistas cuyo hábitat resulta ser del dosel arbóreo de los bosques tropicales, entre ellos, mientras que estos nichos siguen siendo hoy en día sorprendente inexplorados por los expertos en ecología y biodiversidad.

 

 

It has long been a mystery how herbivorous ant species gain all the nutrients they need. Their plant-derived diet comprises essentially water and sugars; it is deficient in protein and/or the nitrogen-based compounds that are the building blocks of proteins. Carnivorous ants face few such nutritional difficulties, as their diet tends to contain all the chemical compounds they require. Most ants are not renowned for being associated with microbes — the most famous suite of on-board microbial symbionts in insects is found in termites, whose guts harbor bacteria that facilitate the digestion of the woody material that constitutes the termite diet — but it has been recently hypothesized that herbivorous ants might host a set of indigenous symbionts that provide the missing components of the herbivorous ants’ diets.

 

Durante mucho tiempo ha sido un misterio cómo las especies de hormigas herbívoras obtenían todos los nutrientes que necesitan para su alimentación. Su  dieta incluye fundamentalmente agua y azúcares, siendo deficiente en proteínas y / o los compuestos nitrogenados, es decir los bloques constitutivos de las proteínas. Las Hormigas carnívoras, por el contrario, no se enfrentan a tales deficiencias nutricionales, por cuento sus presas suele contener todos los compuestos que necesitan. La mayoría de las hormigas no son conocidas por estar asociadas a microorganismos – al contrario que las ternitas en las que si ha sido estudiada su estrecha asociación con simbiontes bacterianos que se localizan en sus entrañas con vistas a facilitar la digestión del material leñoso, que constituye su dieta. Sin embargo, recientemente se ha sugerido la hipótesis de que las hormigas herbívoras también podrían acoger un conjunto de simbiontes indígenas que les proporcionaran los componentes ausentes en los materiales vegetales que consumen“.

 

We tested this hypothesis by using molecular genetic techniques to look for the presence of microbes in 283 species of ants from 18 of the 21 ant subfamilies. We were able to classify each ant species as carnivorous or herbivorous based on the amount of heavy and light nitrogen (15N/14N) within the ants’ tissues. By uniting the two datasets, we were then able to determine whether microbial symbionts were particularly associated with herbivorous ants.

 

Pusimos a prueba esta hipótesis, mediante el uso de técnicas de genética molecular a la hora de detectar la presencia de microbios en 283 especies de hormigas, pertenecientes a 18 de las 21 subfamilias que constituyen tal grupo taxonómico. Hemos sido capaces de clasificar cada especie de hormiga, como carnívora o herbívora en base a las cantidades de nitrógeno pesado y ligero (15N/14N) que albergan sus tejidos. Al cotejar las dos bases de datos, fuimos capaces de determinar si los simbiontes microbianos se encontraban particularmente asociados con hormigas herbívoros.

 

 

The short answer is, yes. Bacteria from an order called Rhizobiales tend to be present in the guts of herbivorous ants but not carnivorous ones. Remarkably, this group of bacteria is well known for containing microbes that associate with leguminous plants and are capable of nitrogen fixation — converting atmospheric nitrogen into compounds that are biologically accessible and useful. So herbivorous ants likely make up for their dietary deficiencies by hosting an on-board squadron of bacteria in their guts capable of enriching nitrogen through fixation or alternative routes.

 

La respuesta a nuestro tes es afirmativa. Las bacterias de un orden denominado Rhizobiales tienden a estar presentes en los intestinos de las hormigas herbívoras, pero no las carnívoras. Sorprendentemente, este grupo de bacterias, es bien conocido por ser las que se asocian con las leguminosas debido a su capacidad para la fijación biológica de nitrógeno: convertir el nitrógeno atmosférico en compuestos que son biológicamente asimilables por las plantas. Por tanto, las hormigas herbívoras parecen compensar las deficiencias de sus dietas vegetales mediante el escuadrón de bacterias que albergan en sus intestinos, enriqueciendo así su alimentación a través de la fijación de nitrógeno, por tal ruta alternativa.

 

To determine whether the observed trends of gut symbionts in herbivorous ants was confounded in some way by the ants’ history, we analyzed the distribution of herbivory and gut symbionts on the ant family tree — or phylogeny — and assessed how often these had evolved. A very striking pattern emerged: herbivory has arisen multiple times in the ants, and at least five of these unrelated herbivorous lineages associate symbiotically with Rhizobiales bacteria. It, thus, seems likely that the acquisition of nutritional gut bacteria has enabled the evolution and maintenance of herbivorous, nitrogen-poor diets across the ants.


Con vistas corroborar si las tendencias observadas en el intestino de las hormigas herbívoras, es decir su capacidad de sus simbiontes para obtener nitrógeno asimilable no era resultado de artefactos experimentales, se analizó la distribución de las especies herbívoras y simbiontes fijadores de nitrógeno atmosférico de sus intestinos a lo largo del el árbol de familia de las hormigas – o filogenia – para evaluar la frecuencia de de tales asociaciones. De esto modo, obtuvimos en patrón muy llamativo: la herbivoría ha surgido en múltiples ocasiones, y como mínimo en cinco linajes independientes se detecto la simbiosis con las bacterias rhizobiales. Por tanto nuestro estudio sugiere que la adquisición de estas bacterias intestinales ha permitido la evolución y mantenimiento de estas hormigas herbívoras a partir de dietas pobres en nitrógeno.

 

 

We are still just beginning to gauge the centrality of microbes in ecology, especially in systems like this one where their role has been under-appreciated. This is a good example of how microbes once again provide the missing piece of the evolutionary jigsaw puzzle.

 

Los científicos, aun estamos empezando a evaluar la importancia de los microbios en ecología, especialmente en sistemas como éste, en donde su papel ha sido infravalorado. Este es un buen ejemplo de cómo, una vez más, los microbios, devienen en un eslabón hasta ahora olvidado o ignorado en el rompecabezas evolutivo.

 

 

This work was carried out in the Department of Organismic and Evolutionary Biology at Harvard University, the Department of Biology at Drexel University, and the Department of Zoology at Field Museum of Natural History. Research was supported by grants from the Baker Fund, the Tides Foundation, Harvard University Center for the Environment, the Green Memorial Fund of Harvard University, the Putnam Expeditionary Fund of the Museum of Comparative Zoology, and the National Science Foundation.

 

More: Story Source: Adapted from materials provided by Field Museum, via EurekAlert!, a service of AAAS.

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Comentarios

Utilizas con evidente sarcasmo el término inventado “ultraneodarwinistas” como un esfuerzo por intentar descalificar al neodarwinismo; subrayas la importancia de la cooperación por encima de la competición como principal motor de la evolución biológica; con eso sólo contribuyes a difundir el ya de por sí generalizado y erróneo concepto bucólico e idealizado que del medio natural tiene la población general, legos en la materia y desligados desde hace generaciones del contacto con el medio rural y la naturaleza, que ingenuamente conciben la naturaleza como algo esencialmente en equilibrio y armonía. Nada más lejos de la realidad.

Son múltiples los motores que impulsan la evolución biológica, la cooperación es uno de ellos; pero la cooperación no es más que la forma que han encontrado algunos organismos para COMPETIR más eficazmente con los demás, estableciendo alianzas que les reportan alguna ventaja adaptativa. La realidad es que la competencia es generalizada en la naturaleza, los seres vivos se encuentran inmersos en una lucha atroz de todos contra todos en la cual cada organismo trata por todos los medios de prevalecer sobre todos los demás; así, los seres vivos se devoran mutuamente provocándose sufrimientos horribles en una lucha que no tiene fin.

La competencia es un fenómeno dominante en la naturaleza: en un bosque son millones las plántulas que nacen por hectárea en cada nueva generación; la competencia comienza ya en la fase de semilla, durante la germinación; la competencia tanto inter como intraespecífica por el agua, los nutrientes, la luz y el espacio, así como los efectos de la depredación, el parasitismo, las enfermedades, provocan una mortalidad masiva entre los individuos de tal forma que sólo los más capacitados para la lucha por la supervivencia, los más resistentes a las enfermedades o en general a las agresiones externas, son los que prevalecerán; todo eso es competencia; la mortalidad en el primer año es casi total; finalmente de los millones de individuos originales llegada la edad adulta sólo quedarán unos pocos pies por hectárea.

Lo decimos de nuevo: la cooperación no es más que una forma que han encontrado algunos organismos para COMPETIR más eficazmente en esta lucha sin cuartel por la supervivencia.

Por otro lado, hablando de motores de la evolución, no se puede obviar el que sin duda ha sido, es y será el más importante de todos ellos: los cambios geológicos y del medio ambiente físico que se han dado durante toda la historia geológica del planeta; cambios drásticos, radicales y muchas veces producidos de forma abrupta (en términos geológicos), que han motivado la respuesta de los organismos en forma de adaptación y aparición de nuevas formas de vida (véase la serie documental, coproducción franco-japonesa titulada “Planeta Tierra”, del canal NHK).

Hola Carlos,

Vayamos por partes.

Yo no confundo a nadie. Tengo la impresión de que sois los ultradarvinistas los confundentes. Tampoco atesoro una imagen idílica de la realidad. Soy un profesional y se muy bien lo que digo.

Tu visión sobre la naturaleza, y del propio hombre, efectivamente me dan la razón. Se trata como ver la botella medio llena o medio vacía. Yo no niego que la competencia exista, sino que la cooperación también tiene un peso importante en la evolución que no le otorga el Neodarvinismo, ya que como tu señalas, lo entiendes como otra manera de competencia. Se trata de un juego de palabras.

Lo que yo pretendo es que se incluyan ambas en la ecuación. Nadie, y digo nadie, ha demostrado si la competencia es privilegiada frente a la cooperación. NADIE.

Finalmente señalas cambios drásticos, abruptos y radicales causados en la evolución de la biodiversidad por otros de la misma guisa en el entorno. Y efectivamente llevas razón. Y efectivamente he escrito varios post sobre el tema. Y efectivamente tal hecho refuta la importancia de la evolución gradual que defienden los neodarvinistas. Y efectivamente deja carante de sentido “la supervivencia del más apto” en muchos aspectos.

Lo siento Carlos pero tus argumentos no me convencen y son “más de lo mismo”

Cordiales saludos

Juanjo Ibáñez

[...] La Evolución Simbiótica: Innovación a través de Simbiosis (Sobre bacterias, Insectos Sociales y … [...]

La prueba de que la lucha por la existencia es el motor de la evolución y de que el hombre no puede escapar de esa ley natural, la tenemos en la carrera armamentística y en las innumerables guerras que han azotado a la humanidad en el pasado, lo hacen en el presente y lo seguirán haciendo inexorablemente en el futuro.

Lo paradójico es que esa ley natural es tan poderosa que ni siquiera conocer los mecanismos que determinan los acontecimientos le sirven a las personas para evitarlo, dado que seguirán ideando formas cada vez más atroces de aniquilarse mutuamente. Incluso habrá quienes, como el autor del post, acusen a aquellos que describieron el funcionamiento de dichas leyes de proporcionar justificación ideológica por todo el odio, racismo y atrocidades en el mundo. El mundo al revés. Pero por desgracia esa es una constante en el mundo en que vivimos, donde la propaganda de quienes tienen el poder es capaz de convencer a la masa de que las víctimas son los asesinos y los asesinos las víctimas.

Mama Mia,

Otro con la Ley natural incuestionable. ¡Falso! Si, es una ley que es indemostrable y que por lo tanto no es Ley Científica, ya que no se puede refutar. Veo que de método científico usted sabe poco.

Del mismo modo confundir la codicia humana con la denominada selección natural no deja de ser otra chorrada sin el menor soporte empírico. En la naturaleza no se vive y muere por codicia. Por favor ¿Me da algun ejemplo?.

Ciao

Juanjo Ibáñez

Existe una lucha por la supervivencia en la naturaleza, de la que el hombre no puede escapar ya que forma parte de ella. Esto es una ley natural de la misma forma que lo es la ley de la gravedad. NO es indemostrable sino perfectamente constatable. Sólo tienes que observar a tu alrededor para comprobarlo.

El principal motor de la evolución es la competencia, no la cooperación. Existen multitud de ejemplos en el reino animal de seres que exhiben comportamientos similares a los exhibidos por el ser humano. Los etólogos lo han constatado. Ya Darwin en su obra El origen del hombre expone multitud de casos. Sentimientos que habitualmente (y de forma chovinista) se consideran exclusivos del ser humano se dan en distintos grados en otras especies animales.

dextrorsum,

Ya he borrado tu último comentario y lo seguiré haciendo. No soporto discusiones estúpidas de esta catadura con cobardes que se esconden tras el anonimato. Si quieres discutir, adelante, pero con nombres, apellidos y una dirección de e-mail verificables. Sino dedícate a otra cosa.

Juanjo Ibáñez

Puedes continuar intentando vender la moto en tus comentarios (y yo borrarlos) a quien quieras y protestar de que “intento imponer lo que considero verdad y mentira”. Falacia total. Mal camino compañero. No cuela. Veamos

1. Un blog es un espacio personal en donde una persona expone su opinión pero NO un foro de discusión. Primer error de tu argumentación. En la mayoría de los blogs, las personas introducen un comentario y no es editado (si lo es)hasta que el blogger lo considere pertinente. Desgraciadamente en este sistema no.

2. Tu no intentas dialogar sino pontificar.

3. Tan solo te he pedido tu nombre, apellido y una dirección de correo electrónico fija que yo pueda verificar. Y no pido mucho. Si tu sabes quien soy y en donde trabajo, ¿No tengo yo derecho a disponer de la misma información?.

¿NO verdad?. Pues ya sabemos quien es quien. Puritita estrategia de “troll”

Ciao

“siniestrorsum” es decir, Juanjo Ibáñez, lo contrario que tu y con la cara por delante.

[...] Invisible, Buque escuela de la Divulgación Científica en español. En su entrada titulada “La Evolución Simbiótica: Innovación a través de Simbiosis (Sobre bacterias, Insectos Sociales…, Juanjo Ibáñez contestaba así a uno de sus [...]

[...] edáficos. Serían pues las comunidades del suelo las que determinan el paisaje aéreo. Ya vimos en otros post como la acción de los ingenieros edáficos (termitas, hormigas, etc.) del suelo da cuenta también [...]

[...]  La Evolución Simbiótica: Innovación a través de Simbiosis (Sobre bacterias, Insectos Sociales y … [...]

[...] investigadores que se afanan en estudiarlo. Ahora resulta que también lleva a cabo sorprendentes prácticas agrarias como las hormigas que habitan en el suelo e incluso las termitas. En cualquier caso, la lista no [...]

[...] Las Amebas del Suelo y su Agricultura Fungicultura, Insectos Sociales y El Uso de Antibióticos La Evolución Simbiótica: Innovación a través de Simbiosis (Sobre bacterias, Insectos Sociales y … La Extraordinaria Genética de los Microorganismos del Suelo Nematodos del Suelo y Termitas: [...]

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