sábado, 18 de marzo de 2017

Presencia de “paraglosas” con estilete en hormigas obreras y machos del género Leptanilla

Presence of “paraglossae” with stylet in worker and male ants of the genus Leptanilla

Abstract. Worker and male ants of the genus Leptanilla have a pair of membranous, cylindrical, elongated “paraglossae” armed with apical sclerotized stylets. These kind of specialized “paraglossae”, unique among ants, are situated anterolaterally on the prementum, between the labial palps and the subglossal brush. Each “paraglossa”, apparently without sensory setae, is slightly distad and dorsad to the labial palp, and longer than it. The stylets are reinforced at their base, curving and tapering to the tip, measure about 15 µm long and project forwards and probably some upwards.
5 males and 32 workers of the same species and colony (Leptanilla SPA-02, 234 individuals) collected from a soil sample in Madrid in August 2014 were studied. The 5 males and 22 workers had the ligula (glossa + paraglossae) protracted, and 10 workers had the ligula retracted. When retracted, both the glossa and paraglossae were hidden behind the anterior margin of the clypeus.
Two main functions for the “paraglossal” stylets of Leptanilla are suggested: a) Carrying the larva by hooking its prothoracic structure; b) Puncturing the cuticle of their prey (centipedes), or even the cuticle of their own larvae and physogastric queen to get hemolymph. If Leptanilla workers really puncture their larvae to get hemolymph, it could be an evolutionary precursor of the “larval hemolymph tap”.

INTRODUCCIÓN
Detrás de las mandíbulas de las hormigas, flanqueado lateralmente por las maxilas y protegido dorsalmente por el labrum, se halla el labium o labio inferior, encargado de manipular el alimento y transferirlo al saco bucal, desde donde pasará a la faringe. Cada maxila se compone de un cardo (el esclerito basal), un largo estipe (provisto de un palpo maxilar), una lacinia y una galea (ambas, apéndices apicales). El labium se compone del postmentum (el esclerito basal), el prementum (donde se insertan los dos palpos labiales), y la glosa o lengua.
En las avispas, abejas y otros himenópteros aculeados existe, además, un apéndice bien diferenciado, la paraglosa, situada entre el palpo labial y la glosa (Brothers, 1975). En esa misma posición, unas pocas especies de hormigas poseen un pequeño lóbulo membranoso, provisto a veces de setas o papilas sensoriales con posible función quimioreceptora. El consenso actual es que dichas estructuras no son, probablemente, homólogas de las verdaderas paraglosas de otros himenópteros, y que tienen un tamaño muy reducido o son inexistentes en la mayoría de los géneros de hormigas (Matsuda, 1965; Gotwald, 1969; Baroni Urbani et al, 1992; Fisher & Bolton, 2016). A pesar de ello, se las sigue nombrando, a efectos prácticos y mientras no se aclare su estatuto morfológico, “paraglosas” de hormigas (con la palabra entrecomillada).
Janet (1904) ilustró la “paraglosa” de Myrmica rubra; Bugnion (1930) describió la de Atta sexdens; Gotwald (1969) la encontró en bastantes Myrmicinae y en algunas Ponerinae y Formicinae; Baroni Urbani et al (1992) añadieron a esas tres subfamilias una cuarta, Leptanillinae; Hansen et al (1999) dibujaron la de Camponotus modoc; recientemente, Keller (2011) asignó “paraglosas especializadas” a Myrmica americana, Pogonomyrmex barbatus y Manica rubida, esta última bien desarrollada y con microtichia (pelos rígidos no articulados) en su extremo apical. Keller (2011) descartó la existencia de “paraglosas especializadas” en Leptanilla swani y sugirió, en base a especímenes correspondientes a 16 subfamilias de hormigas, que algunos pliegues membranosos detectados en la base de las glosas podrían estar relacionados con las “paraglosas”.
Particularmente interesante –en relación con el presente trabajo– es el único comentario que dedican Baroni Urbani et al (1992) a la subfamilia Leptanillinae: “Un espécimen de Leptanilla japonica muestra, distales a los palpos labiales, dos estructuras delgadas, pareadas, con forma de dedo, que interpretamos como homólogas de las “paraglosas” de las hormigas”.

DESARROLLO DEL TRABAJO
En las últimas semanas he hecho preparaciones microscópicas de varias obreras y machos de Leptanilla SPA-02 que encontré asociados en una misma muestra de tierra recogida en Madrid el 1 agosto de 2014. El objetivo era conocer las piezas bucales de este género hipogeo, primitivo y minúsculo, e intentar averiguar si había alguna diferencia notable respecto de los complejos maxilo-labiales del resto de hormigas. Tenía bien presente un hecho extraordinario descrito por Masuko (1990): las larvas de Leptanilla son las únicas de la familia Formicidae que poseen una extraña estructura protorácica (posicionada ventralmente junto a la cabeza) cuya función es unirse, de una manera todavía desconocida, al aparato bucal de las obreras. Mediante esta unión ventro-ventral, sin utilización de las mandíbulas, las obreras transportan a las larvas en sus frecuentes marchas nómadas bajo tierra.
El resultado ha sido sorprendente: tanto las obreras como los machos de Leptanilla poseen “paraglosas” membranosas, más o menos cilíndricas y elongadas, que superan en longitud a los palpos labiales. Aparentemente carecen de setas sensoriales, pero están armadas apicalmente de un conspicuo estilete esclerotizado. Este diseño estructural era desconocido en las hormigas.
En los próximos apartados expondré el método seguido, ilustraré ampliamente las paraglosas con estilete de obreras (Figs. 1-12) y machos (Figs. 13-16), comentaré la retracción y protracción de la lígula (el conjunto de glosa más “paraglosas”) y, finalmente, sugeriré posibles funciones para estos singulares estiletes del aparato bucal de Leptanilla.

MÉTODO
Seleccioné 32 obreras y 5 machos de una misma colonia con 234 individuos (Leptanilla SPA-02) colectada en Madrid el 1 de agosto de 2014. Era importante que las obreras tuvieran las mandíbulas abiertas, al menos parcialmente, para facilitar la visualización de las piezas bucales. Los ejemplares fueron incluidos en bálsamo de Canadá o, en algún caso, en DMHF (dimetil hidantoína formaldehído). Este último medio permite recuperar el ejemplar añadiendo unas gotas de agua a la preparación, pero no supera la calidad y transparencia de bálsamo de Canadá. En el curso de las preparaciones microscópicas advertí la necesidad de ver cada uno de los ejemplares –utilizando objetivos de 40x y 100x– tanto en vista ventral como dorsal. Para ello colocaba el ejemplar sobre un cubreobjetos grande y lo cubría con otro más pequeño impregnado con el bálsamo. Ambos cubreobjetos se fijaban al portaobjetos mediante un trozo de masilla adhesiva. Para obtener en cualquier momento la vista ventral o la dorsal, bastaba con retirar la masilla, dar la vuelta a los dos cubreobjetos pegados por el bálsamo, y fijarlos de nuevo al portaobjetos mediante la masilla (Fig. A). Así pude comprobar que, normalmente, el cuerpo membranoso de las “paraglosas” se ve bien en vista ventral, pero los estiletes apicales, que en esa perspectiva suelen estar dirigidos hacia delante y hacia abajo, se aprecian mejor en vista dorsal. Quizá este fue el motivo por el que no fueron detectados por Baroni Urbani et al (1992).
La extrema miniaturización de estas hormigas hacía enormemente difícil la extracción segura de sus piezas bucales, por lo que siempre fueron inspeccionadas in situ. Solo en un ejemplar pude extraerlas completamente ejerciendo presión sobre la cabeza (Fig. 8). 



LAS “PARAGLOSAS” Y SUS ESTILETES
Cada una de las dos “paraglosas” de Leptanilla se sitúa anterolateralmente sobre el prementum, entre el palpo labial y el cepillo subglosal (Fig. 3). Son levemente distales y dorsales a los palpos labiales, es decir, están más cerca de la glosa que los palpos labiales, y por encima de ellos (Figs. 1 y 3). En la Fig. 1 se aprecian bien los lóbulos membranosos de las “paraglosas”: elongados, cilíndricos, arqueados sobre la glosa y aparentemente sin setas sensoriales. En todas las preparaciones la “paraglosa” supera en longitud al palpo labial.
La visualización conjunta del lóbulo membranoso y del estilete esclerotizado de la “paraglosa” pudo conseguirse aceptablemente solo en dos ejemplares (Figs. 7 y 16). Aparentemente, el estilete se dirige hacia delante y hacia arriba, quedando por tanto en un plano superior al del lóbulo. Para su visualización se requiere entonces un cambio en el plano focal del microscopio, como se aprecia en las Figs. 1-2 (obrera) y 13-14 (macho). En vista dorsal el estilete suele ser más fácil de detectar (Figs. 7-12 y 16), apreciándose en algunos casos un engrosamiento en su base (Figs. 10 y 16). Su curvatura y afinamiento hacia la punta es variable según la imagen tomada, lo que hace difícil una medida real de su longitud. En la Figs. 10 (obrera) y 16 (macho) los estiletes parecen estar cercanos al plano horizontal. En ambos casos miden alrededor de 15 µm. Los detalles estructurales y tridimensionales de estos estiletes sólo podrán dilucidarse con imágenes de microscopía electrónica.

















 PROTRACCIÓN Y RETRACCIÓN DE LA LÍGULA (GLOSA + PARAGLOSAS)
De las 32 obreras inspeccionadas, 22 tenían la lígula protraída o extendida, y 10 la tenían retraída. Los 5 machos tenían la lígula protraída. En todos los casos de retracción se aprecian bien, en vista ventral, el prementum y los dos palpos del labium (Figs. 17-20), pero nunca la glosa y las dos “paraglosas”. Ello indica que, más allá de su cuestionable homología con las verdaderas paraglosas de otros himenópteros aculeados, las “paraglosas” de Leptanilla forman una unidad de acción con la glosa: se retraen y protraen conjuntamente. En la Fig. 20 se indican con flechas blancas dos lóbulos situados sobre el prementum, muy cerca de la inserción de los palpos labiales, que podrían corresponder a las “paraglosas” retraídas. En el mismo ejemplar, en vista dorsal (Fig. 21), se aprecia la glosa retraída detrás del borde anterior del clípeo.






 ¿QUÉ FUNCIONES PODRÍAN TENER LAS “PARAGLOSAS” CON ESTILETE?
Gotwald (1969) ilustró las “paraglosas” de unas pocas especies de hormigas y las describió como pequeños lóbulos membranosos provistos de setas o papilas sensoriales. Les asignó por ello una posible función quimioreceptora. Las “paraglosas” de Leptanilla, sin embargo, carecen aparentemente de esos elementos sensoriales, pero están armadas de un estilete apical esclerotizado y reforzado en su base. Las funciones deberían ser, por tanto, de orden mecánico. Voy a sugerir dos funciones probables:
Función de transporte de las larvas. Como comentaba en la introducción, las larvas de Leptanilla son las únicas de la familia Formicidae que poseen una estructura protorácica que, al unirse a las piezas bucales de las obreras (no a sus mandíbulas), sirven para ser transportadas por estas. Los detalles de esta unión son desconocidos. Según Masuko (1990), debería ser un mecanismo del tipo llave-cerradura. Los estiletes de las obreras podrían enganchar las proyecciones protorácicas de la larva y, de esta forma, transportarla. A efectos ilustrativos he compuesto en la Fig. B, a la misma escala, una imagen SEM de la estructura protorácica de la larva de Leptanilla japonica (según Masuko, 1990), y otra realizada con microscopio óptico mostrando los estiletes de una obrera de Leptanilla SPA-02. Ambas especies difieren algo en tamaño: las obreras de L. japonica miden 1.2 mm, las de L. SPA-02 1.4 mm


Función perforadora-alimentaria. La posición de los estiletes, a ambos lados de la glosa y dirigidos anteriormente, sugiere una función alimentaria vinculada a la perforación de cutículas para acceder a sustancias líquidas como la hemolinfa. En su estudio sobre la biología de Leptanilla japonica, Masuko (1990) comenta que las larvas rasgan la pleura de los centípedos –previamente paralizados por las obreras– utilizando sus mandíbulas exodontas, y que las obreras aprovechan dichos orificios para lamer la hemolinfa. Pero en sus observaciones se establece que las obreras paralizan a los centípedos en apenas 10 minutos y que, antes de transportar las larvas junto a la presa, transcurre más de media hora, tiempo en el que varias decenas de obreras rodean y contactan con el centípedo. No es improbable que las obreras perforen ellas mismas la cutícula del centípedo para lamer la hemolinfa, y que dichas perforaciones sean también utilizadas por las larvas.
Masuko descubrió en Leptanilla, Amblyopone y Proceratium la alimentación de adultos en base a la hemolinfa larval (LHF) (1986, 1989, 1990). En los tres casos se trata de un canibalismo no destructivo. Pero mientras en Amblyopone y Proceratium el adulto, normalmente la reina, perfora con sus mandíbulas la cutícula de la larva, en Leptanilla la larva posee, en el IV segmento abdominal, dos poros exudatorios de hemolinfa de la que se alimenta en exclusiva la reina y, en ocasiones, las obreras. Masuko (1989) sugiere que, en un estadio anterior al surgimiento del poro exudatorio de la larva, los ancestros de Leptanilla debieron practicar incisiones mandibulares en la cutícula de las larvas, tal como practican todavía Amblyopone y Proceratium. Apunto la posibilidad de que el precursor evolutivo del poro exudatorio de la larva de Leptanilla pudo haber sido, no las incisiones mandibulares, sino las perforaciones frecuentes realizadas por las obreras en la cutícula larval mediante el estilete paraglosal descrito en este trabajo. En tal caso, no es improbable que las actuales obreras de Leptanilla continúen perforando las larvas con sus estiletes, es decir, que practiquen un modo de canibalismo no destructivo alternativo al uso del poro exudatorio de las larvas.
Masuko (1990) aporta otras dos observaciones en las que los estiletes de Leptanilla podrían tener igualmente una función perforadora-alimentaria. La primera es que algunas obreras aplican su aparato bucal sobre huevos puestos por la reina. La segunda, más notable aún, es la interacción de las obreras con el gastro hipertrofiado de la reina durante la fase estacionaria de la colonia. Transcribo las palabras de Masuko:
“El gastro dilatado de la reina, y a veces su cabeza y su tórax, atraían poderosamente a las obreras. Durante la fisogastria de la reina era normal que varias obreras se aferraran estáticas a la superficie del gastro de la reina en una postura peculiar, con las patas medias o traseras, o ambos pares, suspendidas en el aire, incluso cuando la reina se movía activamente. Las piezas bucales de tales obreras estaban adheridas a las membranas intersegmentales del gastro de la reina. No se observaron movimientos lamedores, pero a veces las obreras agarraban o tiraban ligeramente de las membranas intersegmentales con sus mandíbulas”.
Una hipótesis explicativa podría ser la siguiente: las obreras perforan con sus estiletes paraglosales las membranas intersegmentales del gastro dilatado de la reina, y lamen la hemolinfa exudada mediante la bomba faríngea, sin necesidad de movimientos lamedores, tal como menciona el mismo Masuko al describir el comportamiento lamedor de la reina mientras utiliza el poro exudatorio del IV segmento abdominal de las larvas.
La posibilidad de que el estilete tuviera un canal interno para inocular saliva requeriría de un estudio histológico.
El panorama que bosquejo, en base a las “paraglosas” con estilete recién descritas, es extraño pero no del todo imposible: Leptanilla podría tener un canibalismo intracolonial generalizado no destructivo: de la reina hacia las larvas (mediante el poro exudatorio); de las obreras hacia las larvas (mediante el poro exudatorio o por perforación de su cutícula); y de las obreras hacia la reina (por perforación de su cutícula). Los machos, que también poseen estilete paraglosal, podrían utilizarlo igualmente para alimentarse de la hemolinfa de otros miembros de la colonia.

Referencias
  • BARONI URBANI C., B. BOLTON, P.S. WARD. 1992. The internal phylogeny of ants (Hymenoptera: Formicidae). Systematic Entomology 17: 301-329.
  • BROTHERS D.J. 1975. Phylogeny and classification of the aculeate Hymenoptera, with special reference to Mutillidae. Universify of Kansas Science Bulletin 50: 483-648.
  • BUGNION E. 1930. Les pieces buccales, le sac infrabuccal et le pharynx des fourmis. Soc. Roy. Entomol. Egypte. Bui. 14:85-210.
  • FISHER B.L., BOLTON B. 2016. Ants of Africa and Madagascar A Guide to the Genera. Berkeley: University of California Press, i-ix, 1-503.
  • GOTWALD W.H. 1969. Comparative morphological studies of the ants, with particular reference to the mouthparts. Cornell University Agricultural Experiment Station Memoir 408: 1-50.
  • HANSEN L.D., W.J. SPANGENBURG, MM..GAVER 1999. The infrabuccal chamber of Camponotus modoc (Hymenoptera:Formicidae): Ingestion, digestion, and survey of bacteria. p. 211-219. In Robinson, W.H., F. Rettich, and G.W. Rambo (Eds.). Proc. 3rd Internatl. Conf. Pests. 679 p.
  • JANET C. 1904. Observations sur les fourmis. Limoges, Imprimerie-librairie  Ducourtieux et Gout., Paris. 68 pp.
  • KELLER R.A. 2011. A phylogenetic analysis of ant morphology (Hymenoptera: Formicidae) with special reference to the poneromorph subfamilies. Bulletin of the American Museum of Natural History 355:1-90.
  • MASUKO K. 1986. Larval hemolymph feeding: a nondestructive parental cannibalism in the primitive ant Amblyopone silvestrii Wheeler (Hymenoptera: Formicidae). Behavioral Ecology and Sociobiology 19:249-255.
  • MASUKO K. 1989. Larval hemolymph feeding in the ant Leptanilla japonica by use of a specialized duct organ, the "larval hemolymph tap" (Hymenoptera: Formicidae). Behavioral Ecology and Sociobiology 24:127-132.
  • MASUKO K. 1990. Behavior and ecology of the enigmatic ant Leptanilla japonica Baroni Urbani (Hymenoptera: Formicidae: Leptanillinae). Insectes Sociaux 37: 31-57.
  • MATSUDA R. 1965. Morphology and evolution of the insect head. Amer. Entomol. Inst, Ann Arbor, Mich. 334 pp.

No hay comentarios:

Publicar un comentario