Una hormiga de acacia reina fundadora corta su primer agujero de entrada en la espina hinchada en la que comenzará su colonia, la primera espina hecha por esta joven hormiga de acacia de plántula en Veracruz, México, 1962.
Dan Janzen
Durante sus estudios de doctorado en la década de 1960, Dan Janzen, ahora Presidente de Thomas G. y Louise E. DiMaura en el Departamento de Biología, volvió a describir lo que se ha convertido en un ejemplo clásico de mutualismo biológico: the obligate relationship between acacia-ants and their host acacia trees. Los árboles de acacia producen estructuras especializadas para albergar y alimentar a la colonia de hormigas, y las hormigas, a su vez, defienden el árbol contra los herbívoros.
En un estudio reciente en Proceedings of the National Academy of Sciences, colegas de Janzen en el departamento de biología descubren un mecanismo genético que programa el lado vegetal de la relación hormiga-acacia. Scott Poethig, the John H. y Margaret B. El profesor de Biología Fassitt y Aaron Leichty, GR’18, mostraron que estas especies de acacia desarrollan los rasgos necesarios para alimentar a la colonia de hormigas: espinas huecas hinchadas para albergarlas, y nectarios y puntas de folletos ricos en nutrientes llamados cuerpos beltianos para alimentarlas, como parte de un fenómeno dependiente de la edad en el desarrollo de las plantas.
» Hay un costo asociado con la fabricación de estos rasgos», dice Poethig, autor principal del informe, » pero la planta los necesita, de lo contrario, se acabará. Así que hay una compensación. Y lo que encontramos es que estos rasgos parecen haber evolucionado en la parte posterior de una vía preexistente que rige una transición de desarrollo en las plantas.»
Leichty, ahora investigadora postdoctoral en la Universidad de California, Davis, dice: «Cuando investigamos la literatura, descubrimos que muchas estrategias de defensa de las plantas dependen de la edad. Es contradictorio porque crees que las plantas jóvenes querrían empezar a hacer estas estructuras de inmediato para que no se comieran, pero nuestros hallazgos, así como la lógica profunda, sugieren que hay restricciones biológicas para hacerlas.»
Para estudiar los rasgos en el contexto del desarrollo de las plantas, Poethig y Leichty recolectaron semillas de acacia de vendedores en línea en Belice y del propio Janzen. Observaron lo que Janzen había visto en la naturaleza medio siglo antes.
«Por supuesto, los rasgos aparecen, pero no de inmediato», dice Leichty.
Después de obtener la primera secuencia del genoma de una especie de Vachellia, los investigadores observaron específicamente ciertos microRNAs, secciones cortas y no codificantes del genoma, miR156 y miR157, que habían encontrado previamente asociados con el control del tiempo de desarrollo de rasgos en otras especies de plantas.
A medida que la espina hinchada y otros rasgos que atraen a las hormigas comenzaron a aparecer en la acacia, los niveles de miR156 y miR157 disminuyeron, y los niveles de diferentes factores de transcripción de proteínas reprimidos por estos microRNAs aumentaron.
Para tener una idea de cómo la regulación de estos rasgos puede haber surgido evolutivamente, los investigadores exploraron otras especies de acacia que no producen cuerpos beltianos ni espinas hinchadas, sino que producen nectarios en sus hojas. En estas especies, como en las hormigas acacias, el declive de miR156 coincidió con la aparición de los nectarios. La similitud entre las acacias en este sentido sugiere que la vía existente fue cooptada para regular los otros rasgos que se requieren para un guardaespaldas saludable: espinas hinchadas y buena comida, dicen los investigadores.
Para Janzen, el hallazgo apoya sus descubrimientos de campo, argumentando la combinación de investigaciones de campo y de laboratorio.
«Observé y pregunté por qué», dice Janzen. De Poethig y Leichty, señala, » Miraron y preguntaron cómo.»