Una feromona dirige la construcción colectiva de los nidos de hormigas

Las hormigas construyen colectivamente nidos cuyo tamaño puede ser de varios miles de veces  el tamaño de una hormiga individual y cuya arquitectura es a veces muy compleja.  Sin embargo, la capacidad de coordinar a varios miles de hormigas en estas construcciones sigue siendo un misterio.

Para entender los mecanismos implicados en este proceso, investigadores franceses del CNRS, de la Universidad Toulouse III- Paul Sabatier y de la Universidad de Nantes han combinado análisis de comportamiento, imágenes en 3D y técnicas de modelado computacional.

Su trabajo muestra que las hormigas se autorganizan mediante la interacción con las estructuras que construyen, gracias a la adición de una feromona a su material de construcción. Esta señal química controla su actividad a nivel local y determina la forma del nido.  La descomposición de la feromona con el tiempo debido a las condiciones ambientales también permite a las hormigas adaptar la forma de sus nidos.

Los nidos de la hormiga negra

Los nidos de la hormiga negra común (Lasius niger) se componen de una parte subterránea constituida por una red de galerías, y de un montículo de tierra compuesto por un gran número de cámaras en forma de burbuja, estrechamente interconectadas entre sí.

Usando técnicas de imagen en tres dimensiones -como la tomografía de rayos X o el escáner 3D- los investigadores caracterizaron las estructuras construidas por las hormigas, así como su dinámica de construcción. Además, analizaron el comportamiento de construcción individual de cada hormiga.

Descubrieron así que, en la parte situada por encima del suelo, estos insectos  acumulan sus materiales de construcción formando pilares que rodean las cámaras. Las hormigas preferentemente depositan sus cúmulos de tierra en aquellas zonas donde otras ya se han depositado material.

Feromona mensajera

Asimismo, añaden a sus depósitos una feromona que estimula a otras hormigas a construir en el mismo sitio. Como resultado, las hormigas van formando entre todas pilares que están regularmente espaciados.

Cuando estas columnas alcanzan una altura igual a la longitud media del cuerpo de una hormiga, los insectos construyen cubiertas en la parte superior de ellas. Utilizan su tamaño corporal como plantilla para determinar cuándo deben dejar de construir verticalmente, y cuándo empezar a depositar material por los laterales de los pilares. Por tanto, utilizan dos tipos de interacciones indirectas con el fin de construir arquitecturas complejas.

Por si esto fuera poco, la feromona que emplean en sus construcciones se descompone con el tiempo a una velocidad que depende de las condiciones climáticas, lo que permite a la construcción adaptarse al entorno.

Por ejemplo, en un ambiente seco, dicha feromona disminuye rápidamente, lo que provoca que se construya un menor número de pilares. Como consecuencia de esto, las  cámaras son más grande, lo que permite a las hormigas agruparse allí con el fin de preservar la poca humedad que haya. En un ambiente húmedo, la feromona persiste durante más tiempo , lo que conlleva un mayor número de pilares y cámaras más pequeñas.

Los investigadores han desarrollado también un modelo matemático en 3D de construcción del nido, a partir del análisis del comportamiento individual de las hormigas. El modelo demostró que los dos tipos de interacciones practicadas por las hormigas para coordinar su actividad reproducen fielmente la dinámica de la construcción y de las estructuras construidas durante los experimentos. También destaca el papel clave desempeñado por la feromona en la dinámica del desarrollo y en las formas de los nidos.

Como un solo organismo

El presente estudio vuelve a incidir en la idea de que las hormigas y otros insectos son capaces de trabajar colectivamente casi como si fueran un solo organismo, algo que ya han apuntado estudios sobre  su respuesta a perturbaciones en los nidos (similar a la de un sistema nervioso) o su capacidad de coordinarse para construir redes de transporte de coste bajo y eficiente.

Referencia bibliográfica:

Anaïs Khuong, Jacques Gautrais, Andrea Perna, Chaker Sbaï, Maud Combe, Pascale Kuntz, Christian Jost & Guy Theraulaz. Stigmergic construction and topochemical information shape ant nest architecture. PNAS (2016). DOI: 10.1073/pnas.1509829113.