Las hormigas carpinteras de la selva tropical brasileña lo tienen jodido. Cuando uno de estos insectos se infecta con un hongo determinado, se convierte en una “hormiga zombi” y ya no controla sus acciones. Manipulada por el parásito, una hormiga infectada abandonará los acogedores confines de su hogar arbóreo y se dirigirá al suelo del bosque, un área más adecuada para el crecimiento de hongos. Después de alojarse en la parte inferior de una hoja, la hormiga zombificada se ancla a sí misma mordiendo el follaje. Esto marca el acto final de la víctima. A partir de aquí, el hongo continúa creciendo y pudriéndose dentro del cuerpo de la hormiga, atravesando en algún momento la cabeza de la hormiga y liberando sus esporas de hongos. Todo este proceso, de principio a fin, puede llevar más de diez agonizantes días.
Sabemos de las hormigas zombis desde hace bastante tiempo, pero los científicos siguen intentando comprender cómo el hongo parásito, O. unilateralis, realiza sus tareas de titiritero. Este hongo se conoce comúnmente como “parásito cerebral”, pero una nueva investigación publicada esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciencesmuestra que los cerebros de las hormigas zombis quedan intactos tras la infección, y que O. unilateralis es capaz de controlar las acciones de su anfitrión infiltrando y rodeando las fibras musculares a través del cuerpo de la hormiga. En otras palabras, convierte a la hormiga infectada en una versión externalizada de sí mismo. Las hormigas zombis se convierten en parte insecto, parte hongo. Horrible, ¿verdad?
Para hacer este descubrimiento, el científico que descubrió por primera vez el hongo de la hormiga zombi, David Hughes de Penn State, inició un esfuerzo multidisciplinario que involucró a un equipo internacional de entomólogos, genetistas, informáticos y microbiólogos. El objetivo del estudio era observar las interacciones celulares entre O. unilateralis y la hormiga Camponotus castaneus durante una etapa crítica del ciclo de vida del parásito, la fase en que la hormiga se ancla en el fondo de la hoja con sus poderosas mandíbulas.
“Se sabe que el hongo secreta metabolitos específicos de los tejidos y causa cambios en la expresión génica del hospedador y atrofia los músculos mandibulares de su hormiga huésped”, dijo el autor principal Maridel Fredericksen, candidato doctoral en el Instituto Zoológico de la Universidad de Basilea, Suiza. “El comportamiento del huésped alterado es un fenotipo extendido de los genes del parásito microbiano que se expresa a través del cuerpo de su huésped. Pero no se sabe cómo el hongo coordina estos efectos para manipular el comportamiento del huésped”.
Al referirse al “fenotipo extendido” del parásito, Fredericksen quiere decir la forma en que O. unilateralispuede secuestrar una entidad externa, en este caso la hormiga carpintera, y convertirla en una extensión literal de su yo físico.
Para el estudio, los investigadores infectaron hormigas carpinteras con O. unilateralis o un patógeno fúngico menos amenazante y no zombificante conocido como Beauveria bassiana, que sirvió como control. Al comparar los dos hongos diferentes, los investigadores pudieron discernir los efectos fisiológicos específicos de O. unilateralis en las hormigas.
Usando microscopios electrónicos, los investigadores crearon visualizaciones 3D para determinar la ubicación, abundancia y actividad de los hongos dentro de los cuerpos de las hormigas. Se tomaron rebanadas de tejido a una resolución de 50 nanómetros, que se capturaron utilizando una máquina que podía repetir el proceso de rebanar y fotografiar a una velocidad de 2.000 veces cada 24 horas. Para analizar esta espantosa cantidad de datos, los investigadores recurrieron a la inteligencia artificial: se enseñó a un algoritmo de aprendizaje automático a diferenciar entre células fúngicas y hormonales. Esto permitió a los investigadores determinar cuánto del insecto seguía siendo hormiga, y cuánto de se había convertido en el hongo externalizado.
Los resultados fueron realmente preocupantes. Las células de O. unilateralisproliferaron en todo el cuerpo de la hormiga, desde la cabeza y el tórax hasta el abdomen y las piernas. Además, las células fúngicas estaban todas interconectadas, creando una especie de red biológica colectiva al estilo Borg que controlaba el comportamiento de las hormigas.
“Encontramos que un alto porcentaje de las células en el huésped eran células fúngicas”, dijo Hughes en un comunicado. “En esencia, estos animales manipulados eran hongos en el cuerpo de las hormigas”.
Pero lo más sorprendente de todo es que el hongo no se había infiltrado en el cerebro de las hormigas carpinteras.
“Normalmente en los animales, el comportamiento es controlado por el cerebro que envía señales a los músculos, pero nuestros resultados sugieren que el parásito controla el comportamiento del huésped periféricamente”, explicó Hughes. “Casi como un titiritero tira de las cuerdas para hacer un movimiento de marioneta, el hongo controla los músculos de la hormiga para manipular las piernas y las mandíbulas del huésped”.
De cómo el hongo es capaz de navegar la hormiga hacia la hoja, sin embargo, aún se desconoce la mayor parte. Y, de hecho, que el hongo deje en paz el cerebro puede proporcionar una pista. El trabajo previo mostró que el hongo puede estar alterando químicamente los cerebros de las hormigas, lo que lleva al equipo de Hughes a especular que el hongo necesita que la hormiga sobreviva el tiempo suficiente para realizar el comportamiento final de morder las hojas. También es posible, sin embargo, que el hongo necesite aprovechar parte de la potencia cerebral existente (y capacidades sensoriales) para “dirigir” la hormiga alrededor del suelo del bosque. Se requerirán investigaciones futuras para convertir estas teorías en algo más sustancial.
“Este es un excelente ejemplo de cómo la investigación interdisciplinaria puede impulsar nuestro conocimiento”, dijo a Gizmodo Charissa de Bekker, una entomóloga de la Universidad de Florida Central, no afiliada al nuevo estudio. “Los investigadores utilizaron técnicas de vanguardia para finalmente confirmar algo que pensamos que era cierto pero de lo que no estábamos seguros: que el hongo O. unilateralis no invade ni daña el cerebro”.
De Bekker dice que este trabajo confirma que algo mucho más complicado está sucediendo, y que el hongo podría estar controlando la hormiga secretando compuestos que pueden funcionar como neuromoduladores. Los datos recabados del genoma fúngico también apuntan a esta conclusión.
“Esto significa que el hongo podría producir una gran cantidad de compuestos bioactivos que podrían ser de interés en términos de descubrimiento de nuevos fármacos”, dijo de Bekker. “¡Estoy muy entusiasmada con este trabajo!”
De Bekker, una autoridad en lo que se refiere al hongo de la hormiga zombie, también lanzó una nueva investigación esta semana. Su nuevo estudio, publicado en PLOS One en coautoría con David Hughes y otros, examinó el reloj molecular del hongo Ophiocordyceps kimflemingiae (una especie recientemente nombrada del complejo O. unilateralis) para ver si los ritmos diarios, y por lo tanto relojes biológicos, son un aspecto importante de las interacciones parásito-huésped estudiadas por los biólogos.
“Además de confirmar que el hongo tiene un reloj molecular, descubrimos que esto da como resultado la oscilación diaria de ciertos genes”, dijo de Bekker a Gizmodo. “Si bien algunos de ellos están activos durante el día, otros están activos durante la noche. Curiosamente, encontramos que el hongo activa especialmente los genes que codifican proteínas secretadas durante la noche. ¡Estos son los compuestos que posiblemente interactúan con el cerebro del anfitrión! El hongo, por lo tanto, no solo libera compuestos bioactivos para manipular el comportamiento, sino que también parece haber un momento preciso para ello”.
