Ciertas especies de escarabajos han desarrollado «bolsillos traseros» inusuales para albergar bacterias simbióticas de manera segura durante la metamorfosis, el único caso conocido de esto entre los insectos. Es parte de un acuerdo de beneficio mutuo, ya que las bacterias protegen a las larvas y pupas vulnerables de los hongos. Los científicos también han determinado que solo las hembras adultas retienen estas bacterias simbióticas, barajando las poblaciones de esos bolsillos traseros a través de la fricción en el área genital a medida que emergen de sus pupas, según un nuevo artículo publicado en la revista Frontiers in Physiology.
“Mostramos cómo un insecto puede mantener socios microbianos beneficiosos a pesar de los reordenamientos drásticos de las estructuras corporales que ocurren durante la metamorfosis”, dijo la coautora Laura V. Flórez de la Universidad de Copenhague. “Al modificar ‘bolsillos’ únicos en sus espaldas, Lagria los escarabajos se las arreglan para mantener sus simbiontes protectores y facilitar su reubicación durante la pupa a órganos adultos recién desarrollados”.
Hay muchos ejemplos de simbiontes microbianos en la naturaleza. Por ejemplo, el calamar bobtail hawaiano tiene una linterna incorporada para ayudar a la criatura a navegar en esas turbias aguas nocturnas, cazar presas y esconderse de los depredadores a su vez. Es un órgano especial en la parte inferior, una pequeña cavidad conveniente que alberga colonias de bacterias, Vibrio fischeri. Una vez que esa colonia bacteriana alcanza un umbral crítico, todos comienzan a brillar, sirviendo como fuente de luz para el calamar. Los áfidos, los gusanos tubícolas, las avispas excavadoras, los gorgojos de los cereales y las chinches del frijol también han desarrollado relaciones simbióticas con los microbios para varios propósitos.
Y luego están los escarabajos. Los escarabajos se distinguen de otros insectos por las alas delanteras que se endurecen en forma de alas llamadas élitros. Los escarabajos experimentan una metamorfosis completa, es decir, una reorganización corporal general a lo largo de varias etapas de desarrollo: de huevo a larva, a pupa, a la emergencia de un adulto desde esa etapa de pupa. Entonces, cualquier bacteria simbiótica necesita adaptarse en consecuencia durante esas etapas de desarrollo.
El estudio actual se centra en dos especies de escarabajos en particular: lagria hirta (L.hirta) y Lagria villosa (L.villosa), los cuales albergan una comunidad de simbiontes microbianos a lo largo de su ciclo de vida. L.villosaLos simbiontes de están dominados por una cepa particular de Burkholderia bacteria que ha perdido la capacidad de ser móvil y probablemente no podría sobrevivir por mucho tiempo fuera de sus escarabajos anfitriones. Flórez y sus colegas investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg en Mainz, Alemania, querían aprender más sobre cómo los escarabajos mantienen y protegen a sus simbiontes durante la metamorfosis.
Una tomografía computarizada micro 3D animada de una pupa que muestra los bolsillos traseros que albergan bacterias simbióticas.
El equipo recolectó L.hirta escarabajos en Alemania en 2020, criándolos en un terrario al aire libre para simular las condiciones naturales. Las crías se recolectaron en 2021. La L.villosa los especímenes se recolectaron en Brasil en 2019 y se criaron en contenedores de plástico en una cámara climática. Luego, los investigadores compararon las concentraciones de bacterias simbióticas y la estructura morfológica de los exoesqueletos en machos y hembras.
Descubrieron que los escarabajos tenían tres bolsillos protectores de dos lóbulos en la parte posterior del tórax durante las etapas de larva y pupa para albergar simbiontes. Los escarabajos hembra también albergaban simbiontes entre cerdas en la parte posterior de la cabeza. Pero los machos adultos perdieron a sus simbiontes, mientras que las poblaciones bacterianas se trasladaron al área genital de las hembras adultas. Flórez y otros. concluyó que tenía que haber un mecanismo para la reubicación de los simbiontes en la superficie exterior, especialmente para aquellas especies de bacterias que carecían de motilidad, y pensó que la fricción podría ser la clave.
Para probar esta hipótesis, cinco L.villosa las pupas se inocularon con perlas fluorescentes para simular la transmisión de la bacteria simbiótica. Dos de las hembras adultas que emergieron fueron cuidadosamente diseccionadas, y se tomaron imágenes en cada paso para rastrear la ubicación de las cuentas. También se diseccionó un adulto macho como control.
Los resultados confirmaron su hipótesis. «Los simbiontes van desde la superficie altamente expuesta del huevo para colonizar los bolsillos en la parte posterior de las larvas y las pupas», dijo la coautora Rebekka S. Janke, estudiante de posgrado en la Universidad Johannes Gutenberg en Mainz. «Finalmente, terminan en glándulas especializadas asociadas con el sistema reproductivo de las hembras adultas». Cuando la hembra adulta pone sus huevos, esas bacterias simbióticas son expulsadas de las glándulas y depositadas en la superficie de los huevos, protegiéndolos durante la metamorfosis, y el ciclo de vida comienza de nuevo. otra vez.
Eso explica por qué solo las hembras adultas conservan sus simbiontes hasta la edad adulta. “En la etapa adulta, el propósito principal de los órganos simbióticos parece ser permitir la transmisión exitosa a la etapa de huevo y a la siguiente generación”, dijo Flórez. “Dado que solo las hembras ponen huevos, los machos adultos no necesitan llevar estos huevos potencialmente simbiontes costosos y son un callejón sin salida para las bacterias”.
DOI: Frontiers in Physiology, 2022. 10.3389/fphys.2022.979200 (Acerca de los DOI).