Insectes cada cop més petits: el fenòmen de la miniaturització

Segons alguns estudis, els organismes multicel·lulars tendeixen a fer-se cada vegada més petits. Aquest procés, conegut com miniaturització, és una de les principals tendències evolutives dels insectes. La miniaturització és un motor per a la diversitat i les innovacions evolutives; tanmateix, també dóna lloc a certes limitacions.

T’expliquem en què consisteix aquest fenomen i et presentem alguns dels casos més extrems de miniaturització entre els insectes.

Per què els animals són cada cop més petits?

Des de fa anys, múltiples estudis apunten que entre els animals multicel·lulars (tots aquells formats per més d’una cèl·lula) hi ha una tendència força estesa a la miniaturització.

La miniaturització és el procés evolutiu encaminat a l’adquisició de cossos extremadament petits. El fenomen de la miniaturització s’ha observat en grups animals molt diversos, per exemple:

• Musaranyes (Soricomorpha: Soricidae), mamífers.
• Colibrís (Apodiformes: Trochilidae), aus.
• Diversos grups d’insectes i d’aràcnids.

Per saber més sobre insectes gegants, pots llegir “La mida sí que importa (pels insectes)!“

Al llarg de l’evolució, la diversificació i els fenòmens d’especiació han donat lloc a moltíssimes noves espècies, totes competint per un espai i uns nínxols ecològics cada vegada més limitats. Aquesta situació és encara més extrema en les regions tropicals, on les taxes de diversificació són increïblement altes.

Aprèn més sobre el concepte de nínxol ecològic llegint “L’espai vital dels éssers vius“.

Davant d’una necessitat creixent de recursos i espai, l’evolució ha donat lloc a fenòmens tan curiosos com la miniaturització: fent-se més petits, els organismes (ja siguin de vida lliure o paràsits) poden accedir a nous nínxols ecològics, adquirir noves fonts d’aliment i evitar la depredació.

Si bé existeixen diversos grups d’animals que tendeixen a la miniaturització, aquest fenomen es manifesta en major proporció entre els artròpodes, sent una de les seves tendències evolutives més significatives. D’altra banda, els artròpodes ostenten el rècord a presentar alguns dels animals multicel·lulars més petits coneguts fins a dia d’avui; alguns, fins i tot tan petits com … una ameba!

El Rècord Guinness dels insectes més petits del món

Els artròpodes més petits pertanyen a la subclasse de crustacis Tantulocarida, coneguts per ser ectoparàsits d’altres crustacis de major mida, com copèpodes o amfípodes. L’espècie Tantulacus dieteri és considerada fins a dia d’avui l’espècie d’artròpode més petita del món, amb només 85 micròmetres (0,085 mil·límetres), molt més petit que alguns éssers unicel·lulars.

Tanmateix, els insectes no es queden enrere.

Mymaridae

Els mimàrids són una família de vespes de la superfamília Chalcidoidea pròpies de regions temperades i tropicals. Els adults, usualment de 0,5 a 1 mil·límetre de longitud, viuen com a paràsits d’ous d’altres insectes (p. ex. xinxes). Com a conseqüència del seu estil de vida, se’ls considera de gran importància en el control biològic de plagues. A més a més, es troben entre els insectes més petits del món.

Actualment, el rècord als insectes més petits del món l’ostenten els mascles adults àpters (sense ales) de l’espècie de mimàrid Dicopomorpha echmepterygis, de Costa Rica, amb una mida mínima registrada de 0,139 mil·límetres. A banda de no presentar ales, tampoc tenen ulls ni peces bucals, i les seves potes acaben en una mena de ventoses que els permeten adherir-se a les femelles (més grans i alades) el temps suficient per fecundar-les. Són més petits que un parameci, un organisme unicel·lular!

Pots llegir “Microbiologia bàsica (I): el món invisible” per saber més sobre organismes unicel·lulars.

Mascle de D. echmepterygis; sense ulls ni peces bucals, el mascle d’aquesta espècie viu adherit a la femella. Link.

Els mimàrids també inclouen l’insecte volador més petit del món: l’espècie Kikiki huna de Hawaii, d’una mida aproximada de 0,15 mil·límetres.

Trichogrammatidae

Igual que els mimàrids, els tricogrammàtids són petits calcidoïdeus paràsits d’ous d’altres insectes, especialment de lepidòpters (papallones i arnes). Els adults de la majoria de les espècies mesuren menys d’1 mil·límetre i es distribueixen mundialment. Els mascles d’algunes espècies són àpters i s’aparellen amb les seves germanes dins dels ous parasitats on neixen, morint poc després sense ni tan sols abandonar aquest espai.

El gènere Megaphragma conté dos dels insectes més petits del món després dels mimàrids: Megaphragma caribea (0,17 mil·límetres) i Megaphragma mymaripenne (0,2 mil·límetres), de Hawaii.

A) M. mymaripenne; B) Paramecium caudatum. Link.

Els tricogrammàtids presenten un dels sistemes nerviosos més petits coneguts, i el de l’espècie M. mymaripenne és, fins a dia d’avui, un dels més reduïts i especials del món animal: està format per tan sols 7400 neurones sense nucli, un fet únic. Durant la fase de pupa, aquesta espècie desenvolupa neurones amb nuclis plenament funcionals que sintetitzen proteïnes suficients per a tota l’etapa adulta de l’insecte. Un cop assolida l’adultesa, les neurones perden el nucli i esdevenen petites, fet que estalvia molt d’espai.

Ptiliidae

Els ptílids són una família cosmopolita de petits escarabats caracteritzada per incloure els insectes no paràsits més petits del món, pertanyents als gèneres Nanosella i Scydosella.

Els ous dels ptílids són molt grans en comparació amb la mida de les femelles adultes, de manera que aquestes només desenvolupen i posen un únic ou cada vegada. D’altra banda, moltes espècies experimenten partenogènesi.

Coneix el fenomen de la partenogènesi llegint “Immaculada Concepció … en rèptils i insectes“.

Actualment, l’espècie d’escarabat més petita coneguda i, per tant, l’espècie d’insecte no paràsit (de vida lliure) més petita del món, és Scydosella musawasensis (0,3 mil·límetres), citada de Nicaragua i Colòmbia.

Scydosella musawasensis. Link (imatge original: Polilov, A (2015) How small is the smallest? New record and remeasuring of Scydosella musawasensis Hall, 1999 (Coleoptera, Ptiliidae), the smallest known free-living insect).

Conseqüències de la miniaturització

La miniaturització comporta tot un seguit de modificacions anatòmiques i fisiològiques, generalment adreçades a la simplificació d’estructures. Segons Gorodkov (1984), el límit de la miniaturització es trobava en 1 mil·límetre, per sota del qual es produirien grans simplificacions que farien inviable la vida multicel·lular.

Si bé aquesta simplificació ocorre en certs grups d’invertebrats, els insectes han demostrat que poden superar aquest llindar sense massa signes de simplificació (conservant un gran número de cèl·lules i presentant una major complexitat anatòmica que altres organismes de mida similar) i, fins i tot, donar lloc a estructures noves (com el cas de les neurones sense nucli de M. mymaripenne).

Tot i que els insectes porten molt bé això de la miniaturització, fer-se tan petit no sempre surt gratis:

• Simplificació o pèrdua de certes funcions fisiològiques: pèrdua d’ales (i, conseqüentment, de la capacitat de vol), potes (o modificacions extremes de les mateixes), peces bucals, òrgans sensorials.
• Canvis considerables en els efectes associats a certes forces físiques o a paràmetres ambientals: forces capil·lars, viscositat de l’aire o taxa de difusió, tots ells associats a la reducció extrema dels sistemes circulatori i traqueal (o respiratori). És a dir, ser més petit altera els moviments interns de gasos i líquids.

Així doncs, la miniaturització té un límit?

La resposta és sí. Tot i que els insectes s’hi resisteixen.

Existeixen diverses hipòtesis sobre aquest tema, cadascuna amb un òrgan diferent com a element limitant. De tots ells, el sistema nerviós i el reproductiu, a més dels òrgans sensorials, són força intolerants a la miniaturització; han de ser prou grans perquè siguin funcionals. Per sota d’una mida crítica, les seves funcions es veurien compromeses i, amb elles, la vida multicel·lular.

.             .            .

La vida animal multicel·lular sembla no tenir fre a l’hora de reduir-se. Descobrirem algun insecte encara més petit? Les investigacions i el temps ens ho diran.

Imatge de portada: link.

Paràsits zombis: una realitat de ciència ficció

Moltes pel·lícules es basen en éssers estranys que controlen la ment i la voluntat de les seves víctimes. Per molt sorprenent que pareixi, hi un tipus de paràsits (i parasitoides) que comparteixen aquesta capacitat amb els éssers ficticis. En aquesta entrada parlarem sobre alguns exemples d’aquests paràsits zombis. 

INTRODUCCIÓ

El parasitisme és una forma de depredació on una de les espècies (el paràsit) extreu un benefici d’un altre organisme (l’hostatger) que no rep cap tipus de benefici. Aquesta és una relació obligatòria  (el paràsit no pot sobreviure fora l’hostatger), ja que els paràsits han perdut la capacitat de produir certes molècules que obtenen dels hostes. Un dels exemples més interessants de parasitisme són els coneguts com a paràsits zombis. Aquests no solament provoquen la mort a la seva víctima, sinó que són capaços de controlar els seus moviments i conductes per dur a terme aquest propòsit.

Els paràsits zombis pertanyen a diferents grups (protozous, fongs, nematodes, artròpodes…) però tots tenen en comú la modificació del comportament i fisiologia del seu hostatger per assegurar la seva reproducció. En certs casos, s’indueix a l’hostatger a suïcidar-se de diferents formes i en altres, com en el cas dels parasitoides provoquen que el seu hostatger realitzi alguna acció en contra de la seva voluntat.

MODIFICACIÓ DE LA CONDUCTA

Les vespes parasitoides del gènere Glyptapanteles sp. són un exemple clar de modificació de la conducta. En aquest cas, les femelles infecten a larves de Thyrinteina leucocerae (un lepidòpter) en les seves primeres fases de desenvolupament. Les erugues creixen normalment, però en les darreres etapes alliberen les pupes (fase de la metamorfosi entre les larves i l’adult d’alguns insectes) a les branques properes. Un cop s’ha alliberat, l’eruga canvia per complet el seu comportament, a causa d’una modificació endocrina que han provocat els parasitoides abans d’abandonar l’hoste. L’eruga deixa d’alimentar-se i no es separa mai de les pupes per protegir-les de qualsevol perill. Un cop l’adult emergeix de la pupa, l’eruga mor al cap de poc temps d’esgotament i fam.

Eruga de Thyrinteina leucocerae protegint les pupes de Glyptapanteles sp. (Foto: José Lino-Neto)

 

Un altre exemple interessant és la infecció d’aranyes de l’espècie Plesiometa Argyra per part d’una espècie de vespa parasitoide (Hymenoepimecis argyraphaga). Aquest himenòpter aferra a l’abdomen de la seva víctima els seus ous. Després de descloure, les larves (que s’alimenten de la sang de l’aranya) injecten una substància química a l’aranya que l’obliga a crear una teranyina molt diferent de les que sol crear, ja que està destinada a suportar el capoll i no a la captura d’insectes. A continuació la larva s’alimenta de la sang de l’aranya fins que aquesta mor.

Diferències entre una teranyina normal de Plesiometa Argyra  i una teranyina d’una aranya infectada. Fotografia modificada de William G. Eberhard (Nature, 2000).

 

En els darrers exemples hem vist que els parasitoids acaben amb la vida del seu hostatger després de modificar la seva conducta, però existeix una espècie de vespa pararasitoide (Dinocampus coccinellae) que infecta marietes de l’espècie Coccinella septempunctata. La vespa injecta els ous a l’abdomen de la marieta i aquesta els incuba al seu interior. Un cop s’ha desenvolupat la larva, aquesta surt del cos de l’hostatger i forma un capoll que protegirà la marieta. Si aquesta és capaç de sobreviure set dies (mentre es desenvolupa la vespa adulta) quedarà lliure, és a dir, podrà retornar a la seva vida normal i reproduir-se.

Marieta (Coccinella septempunctata) protegint un capoll de la vespa (Dinocampus coccinellae). (Foto: Gilles San Martín)

INDUCCIÓ AL SUÏCIDI

El nematode Myrmeconema neotropicum infecta les formigues tropicals de l’espècie Cephalotes atratus. Aquestes formigues tenen l’abdomen completament negre, però quan són infectades per aquest nematode el seu abdomen es torna de color vermell. Aquest canvi cromàtic provoca que la formiga es mimetitzi amb els fruits, fet que augmenta la probabilitat de ser capturat per un ocell frugívor (que s’alimenta de fruits). Aquests són un hostatger intermediari que ajuda a la dispersió dels nematodes a través dels seus excrements.

Diferències entre una formiga Cephalotes atratus normal i una formiga infectada. (Foto: Steven Yanoviak)

 

Una altra espècie de nematode (Spinochordodes tellinii) infecta l’espècie de grills Meconema thalassinum (Orthoptera). Les larves del nematode es troben a l’aigua, on són ingerides per mosquits. Aquests són hostatgers intermedis que alliberen les larves del paràsit (que no són digerits sinó que creixen a l’interior de l’intestí de l’hostatger final). S’alimenta dels nutrients que ingereix el grill i creix fins a arribar a triplicar la mida de l’hostatger final. Quan el paràsit és adult, modifica el comportament de l’insecte i provoca que aquest vagi cap a una zona amb aigua, on es suïcida per alliberar al paràsit al medi aquàtic on es reprodueix.

Imatge d’un nematode Spinochordodes tellinii paràsit dels grills (Meconema thalassinum). (Foto: Alastair Rae)

Un altre exemple molt interessant és el del cuc pla o platihelmint Leucochloridium paradoxum. Aquest platihelmint infecta caragols de l’espècie Succinea putris, a través del sistema digestiu (el caragol es menja les larves del paràsit). Un cop es troba a l’interior de l’hostatger passa per diferents fases de desenvolupament, fins arribar a la fase d’esporocist. Aquest és una espècie de sac on es troba una gran quantitat de cercaries (larves de certs tipus de platihelmints). Aquests esporocists es dirigeixen cap a les banyes del caragol, provocant per una part una inflamació de la banya molt similar a una eruga i una modificació del comportament del caragol (es dirigeix cap a zones desprotegides). Aquesta banya modificada crida l’atenció dels ocells, que es mengen el caragol. Un cop les cercaries es troben al digestiu dels ocells, es transformen en platelmints adults, que es reprodueixen. Els ous seran alliberats amb els excrements que infectaran per l’aliment altres caragols.

Cicle vital de Leucochloridium paradoxum de Ophiguris 2009. La segona imatge mostra el paràsit a una banya del caragol (Succinea putris) imitant una eruga. (Foto: Dick Belgers)

Un dels paràsits més fascinants és Ophiocordyceps unilateralis (un fong ascomicet que infecta formigues tropicals de l’espècie Camponotus leonardi). Les espores arriben a l’interior de la formiga per l’alimentació i provoquen que aquest insecte modifiqui el seu comportament. Indueix a la formiga a pujar a un lloc alt, on es fixa a una fulla amb les seves mandíbules. Allà germinen les espores i travessen l’exosquelet de les formigues per alliberar les seves estructures reproductives.

Formiga infectada per Ophiocordyceps sp. (Foto: Alex wild)

 

Avui dia, però, la informació dels mecanismes de modificació de la conducta que porten a terme aquests paràsits és objecte de moltes investigacions. Oi que pareix una pel·lícula? Doncs no, no és ciència ficció.

REFERÈNCIES

• Carl Zimmer. Mindsuckers. National geographic. November 2014.
• William G. Eberhard. Spider manipulation by a wasp larva. Nature. Num 406, 255-256. Juliol 2000. ISSN: 0028-0836.
• P. Hughes et.al. Extended Phenotype: Nematodes turn ants into birds-dispersed fruits. Current Biology. Vol 17. Num 7.
• Anand Varma. Zombie parasites. National Geographic: Nat Geo Live.
• Nat Geo Live. World’s deadliest: zombie snails. 
• Imatge de Portada: Guilles San Martín.

La vida secreta de les abelles

De ben segur que, en pensar en una abella, et vingui al cap la imatge d’una colònia d’insectes molt ben organitzada, voleiant al voltant d’una bresca formada per cel·les de cera ben delimitades i plenes de mel.

Però el cert és que no totes les abelles de les que es té coneixement avui en dia s’organitzen en societats jerarquitzades ni totes elles fabriquen mel. Tot el contrari: la major part de les espècies desenvolupen formes de vida solitàries totalment contràries a la imatge clàssica de l’abella de la mel, tan apreciada pels apicultors.

Al llarg d’aquest article, tractaré de resumir les diferents formes de vida de les abelles amb la finalitat d’esclarir una mica tot aquest assumpte.

INTRODUCCIÓ

Les abelles configuren un grup d’insectes molt divers dins l’ordre dels Himenòpters, el qual també inclou les vespes i les formigues. Avui en dia es coneixen al voltant de 20.000 espècies d’abelles arreu del món, encara que es sospita que n’hi podria haver moltes més sense classificar. La seva distribució és quasi planetària, doncs a excepció de l’Antàrtida es poden trobar en tots els continents del món i pràcticament en tots aquells hàbitats on hi creixen plantes amb flors.

Les abelles tenen un gran interès ecològic ja que, al marge de presentar diferents formes de vida, gairebé totes viatgen de flor en flor recollint nèctar i pol·len per nodrir-se tant elles com a les seves larves, el que al seu torn propicia el fenomen de la pol·linització; així doncs, la seva activitat contribueix a potenciar la biodiversitat floral de la zona.

Exemplar d’Apis mellifera o abella de la mel (Foto de Leo Oses en Flickr)

Ara bé, encara que en general comparteixin una alimentació basada en nèctar i pol·len, no totes les espècies d’abelles desenvolupen els mateixos hàbits de vida.

FORMES DE VIDA DE LES ABELLES

ABELLES SOLITÀRIES

La majoria d’espècies d’abelles a escala mundial, al contrari del que és habitual pensar, són solitàries: neixen i es desenvolupen soles, es reprodueixen en un moment molt concret de la seva vida en trobar-se grups de mascles i femelles i, finalment, moren soles. Si bé es cert que algunes d’aquestes abelles viuen en grups, en cap cas cooperen entre elles com sí ho fan les abelles colonials.

En les formes solitàries, són les femelles les que construeixen, sense ajuda de cap altre exemplar, un niu format per una o vàries cel·les separades (o no) per envans de diferents materials (fang, material vegetal mastegat, fulles, etc.); posteriorment, proveeixen aquestes cel·les amb pol·len i nèctar (l’aliment perfecte per les larves) i, finalment, hi dipositen els ous. Aquests nius, a diferència dels ruscs, tendeixen a ser molt discrets, essent difícils de reconèixer a simple vista.

Niu d’abella solitària; s’aprecien els envans, 
el pol·len i els ous a dins de cada cel·la (Foto de USDA)

El lloc on les abelles solitàries construeixen el niu és molt variable: sota terra, dins de fulles recargolades, a l’interior de closques de cargol buides o, fins i tot, en cavitats preestablertes (artificials o construïdes i abandonades per altres animals), entre d’altres.

Aquestes abelles no es generen massivament a l’interior d’un rusc ni fabriquen mel, essent aquests els motius principals i més probables pels quals gaudeixen de menys fama que l’abella de la mel o Apis mellifera, la qual sí construeix ruscs. La majoria d’estudis relacionats amb abelles es focalitzen en aquesta espècie, deixant en segon pla l’estudi i protecció de les formes de vida solitàries, tot i ser aquestes les majors contribuents a la pol·linització degut al seu elevat número i diversitat; algunes, fins i tot, són pol·linitzadores exclusives d’una única espècie de planta, fet que revela una estreta relació entre ambdós organismes.

Existeix una gran varietat d’abelles solitàries de diversa morfologia:

1) Exemplar d'Andrena sp. (Foto de kliton hysa a Flickr); 
2) Exemplar de Xylocopa violacea, l'abella fustera o abellot negre (Foto de Nora Caracci fotomie2009 a Flickr); 
3) Exemplar d'Anthidium sp. (Foto de Rosa Gambóias a Flickr).

Dins les abelles solitàries també existeixen formes paràsites: abelles que s’aprofiten dels recursos d’altres insectes (fins i tot d’altres abelles), és a dir, dels hostes, causant-los un greuge. Aquest és el cas de les abelles del gènere Nomada sp., les espècies del qual dipositen els ous dins els nius d’altres abelles; en néixer, les larves paràsites s’alimenten del nèctar i el pol·len del niu que parasiten, deixant a les abelles parasitades sense recursos. Aquest tipus concret de parasitisme es coneix com a cleptoparasitisme (klepto = robar), atès que les larves paràsites roben, literalment, l’aliment de les larves de l’espècie hoste.

Exemplar de Nomada sp. (Foto de Domingo Roldan a Flickr)

ABELLES PSEUDOSOCIALS

Deixem de banda les formes solitàries i, avançant en complexitat, ens trobem amb les formes pseudosocials: abelles que formen grups relativament organitzats i jerarquitzats, però sense arribar mai a l’alçada de les formes verdaderament socials, com és el cas d’Apis mellifera.

Possiblement, l’exemple més famós és el de l’abellot (Bombus sp.). Aquestes abelles formen colònies en les que la o les reines (femelles fecundades) són els únics exemplars que sobreviuen a l’hivern; la resta, mor degut al fred. Gràcies a elles, però, les colònies tornen a revifar durant la primavera següent.

Exemplar de Bombus terrestris o borinot (Foto de Le pot-ager "Je suis Charlie" a Flickr).

ABELLES EUSOCIALS

Finalment, les abelles més evolucionades en quan a complexitat de la seva estructura social són les abelles eusocials o verdaderament socials. L’únic cas reconegut avui dia és el de l’abella de la mel o Apis mellifera.

Donat que l’objectiu d’aquest article era desmentir el mite que “totes les abelles formen colònies, construeixen ruscs i fabriquen mel”, només diré que aquestes abelles formen complexes estructures socials jerarquitzades (un fenomen molt rar, també observat en tèrmits i formigues) liderades normalment per una única reina, construeixen grans ruscs formats per bresques de cera i produeixen mel, un producte d’elevat contingut calòric molt apreciat per l’ésser humà.

Exemplars d’Apis mellifera sobre una bresca plena de mel (Foto de Nicolas Vereecken a Flickr).

Com hem pogut veure, les abelles solitàries juguen un rol vital en termes de pol·linització, motiu pel qual haurien d’estar molt més protegides. En canvi, continuen sent les abelles de la mel les que s’enduen la major part de l’atenció degut, sobretot, als recursos directes que aquestes aporten a l’ésser humà.

REFERÈNCIES

• Apunts i memòria personals de les pràctiques acadèmiques del grau en Biologia Ambiental realitzades al curs 2013-2014 al CREAF (Centre de Recerca Ecològica i Aplicacions Forestals). Universitat Autònoma de Barcelona.
• O’toole, C. & Raw A. (1999) Bees of the world. Ed Blandford
• Pfiffner L., Müller A. (2014) Wild bees and pollination. Research Institute of Organic Agriculture FiBL (Switzerland).
• Solitary Bees (Hymenoptera). Royal Entomological Society: http://www.royensoc.co.uk/insect_info/what/solitary_bees.htm
• Stevens, A. (2010) Predation, Herbivory, and Parasitism. Nature Education Knowledge 3(10):36

Si t’ha agradat aquest article, no dubtis a compartir-lo a través de les xarxes socials per fer-ne difusió. Gràcies a la vostra col·laboració, la divulgació de la ciència i la natura arriba a molta més gent!

Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional.