¿Por qué existen tantas especies de escarabajos? | Ciencia

Los ojos de Caroline Chaboo se iluminan cuando habla de los escarabajos tortuga. Al igual que las gemas, existen en innumerables colores brillantes: azul brillante, rojo, naranja, verde hoja y transparente con toques dorados. Son miembros de un grupo de 40.000 especies de escarabajos de las hojas, los Chrysomelidae, una de las ramas más ricas en especies del vasto orden de los escarabajos, Coleoptera. “Están los gorgojos, los cuernos largos y los escarabajos de las hojas”, dice. “Ese es realmente el trío que domina la diversidad de los escarabajos”.

Un entomólogo de la Universidad de Nebraska-Lincoln, chabú Durante mucho tiempo se ha preguntado por qué el reino de la vida está tan inclinado hacia los escarabajos: estas criaturas de cuerpo duro constituyen aproximadamente una cuarta parte de todas las especies animales. Muchos biólogos se han preguntado lo mismo durante mucho tiempo. “Darwin era un coleccionista de escarabajos”, señala Chaboo.

De aproximadamente 1 millón de especies de insectos con nombre en la Tierra, alrededor de 400.000 son escarabajos. Y estos son sólo los escarabajos descritos hasta ahora. Los científicos suelen describir miles de especies nuevas cada año. Entonces, ¿por qué tantas especies de escarabajos? “No sabemos la respuesta exacta”, dice Chaboo. Pero están surgiendo pistas.

Una hipótesis es que hay muchos porque llevan existiendo desde hace mucho tiempo. “Los escarabajos tienen 350 millones de años”, dice el biólogo y entomólogo evolutivo Duane McKenna de la Universidad de Menfis. Se trata de una gran cantidad de tiempo durante el cual las especies existentes pueden especializarse o dividirse en linajes genéticos nuevos y distintos. A modo de comparación, los humanos modernos existen desde hace sólo unos 300.000 años.

Sin embargo, el hecho de que un grupo de animales sea viejo no significa necesariamente que tendrá más especies. Algunos grupos muy antiguos tienen muy pocas especies. Los peces celacanto, por ejemplo, han estado nadando en el océano durante aproximadamente 360 ​​millones de años, alcanzando un máximo de alrededor de 90 especies y luego disminuyendo a las dos especies que se sabe que viven hoy. De manera similar, el reptil parecido a un lagarto, el tuátara, es el único miembro vivo de un antiguo orden de reptiles que alguna vez fue globalmente diverso y que se originó hace unos 250 millones de años.

Otra posible explicación de por qué los escarabajos son tan ricos en especies es que, además de ser viejos, tienen un poder de permanencia inusual. “Han sobrevivido al menos a dos extinciones masivas”, afirma Cristian Beza Beza, becario postdoctoral de la Universidad de Minnesota. De hecho, un estudio de 2015 que utilizó escarabajos fósiles para explorar extinciones que se remontan al Pérmico hace 284 millones de años concluyó que falta de extinción puede ser al menos tan importante como la diversificación para explicar la abundancia de especies de escarabajos. Al menos en épocas pasadas, los escarabajos han demostrado una sorprendente capacidad para cambiar sus áreas de distribución en respuesta al cambio climático, y esto puede explicar su resistencia a la extinción, plantean los autores.

Para complicar el misterio de la diversidad de los escarabajos está el hecho de que algunas ramas del árbol genealógico de los escarabajos tienen muchas más especies que otras. Por ejemplo, los escarabajos peloteros, que se pasan la vida haciendo rodar bolas de excremento hábilmente elaboradas, tienen una diversidad sólo modesta. “Esta familia tiene alrededor de 8.000 especies, por lo que no es un grupo enorme”, dice el ecologista comunitario. Jorge Ari Noriega at El Bosque University in Bogotá, Colombia.

Por el contrario, Chrysomeloidea, una superfamilia que contiene escarabajos de cuernos largos y de hojas, incluye 63.000 especies, mientras que Buprestidae, un grupo de escarabajos metálicos perforadores de madera y hojas, también conocidos como escarabajos joya por sus deslumbrantes colores iridiscentes, incluye alrededor de 15.000 especies.

Esta gran variación en la riqueza de especies entre los linajes de escarabajos significa que “ninguna explicación es válida para ningún grupo en particular”, dice McKenna. Aun así, entre los escarabajos herbívoros (que constituyen aproximadamente una cuarta parte de todas las especies de escarabajos) está surgiendo un patrón claro. Basándose en análisis genéticos de diferentes linajes de escarabajos, McKenna y sus colegas han encontrado pruebas de que un factor importante que estimulaba la diversidad de escarabajos era la diversificación de plantas con flores durante el período Cretácico.

Durante el período Cretácico, que comenzó hace unos 145 millones de años, una explosión de nuevas especies de plantas con flores se extendió por la superficie de la Tierra, colonizando muchos hábitats diferentes. Hoy en día, las plantas constituyen alrededor del 80 por ciento de la masa de vida en la Tierra. Aprovechar al máximo las plantas como alimento es una estrategia ecológica que ha ayudado a alimentar la radiación no sólo de los escarabajos sino también de los herbívoros. especies que incluyen hormigas, abejas, aves y mamíferos.

En el caso de los escarabajos herbívoros, sus linajes más ricos en especies portan una fascinante variedad de genes que permiten la digestión de las plantas, según ha descubierto McKenna. Muchos de estos genes codifican enzimas que ayudan a descomponer las paredes celulares de las plantas, permitiendo el acceso a los azúcares almacenados en compuestos difíciles de digerir como la celulosa, la hemicelulosa y la pectina. “Los linajes que tienen estos genes fueron los que tuvieron un éxito increíble”, dice McKenna.

Estos genes fueron adaptaciones ingeniosas que convirtieron partes de plantas no digeribles en alimento. Permitieron que los escarabajos herbívoros comieran más y diferentes tipos de plantas, lo que a su vez permitió a los insectos trasladarse a nuevos hábitats y ocupar nuevos nichos ecológicos. A medida que los escarabajos herbívoros se extendieron geográficamente y adoptaron diferentes dietas y estilos de vida, las diferencias genéticas entre ellos crecieron, dando como resultado nuevas especies.

Por razones poco claras, algunas especies de escarabajos herbívoros perdieron sus genes que ayudan a la digestión a medida que evolucionaron, incluido un gen que codifica la pectinasa, una enzima que permite la degradación de la pectina. Ecologista evolutivo Hassan Salem del Instituto Max Planck de Biología en Tubinga, Alemania, explica que para compensar, algunos escarabajos desarrollaron una estrategia diferente para comer plantas: forjaron relaciones con socios bacterianos, llamados simbiontes, que también ayudan a la digestión de las plantas.

Para algunos escarabajos, estos microbios simbióticos especiales se convirtieron en una herramienta alternativa para mantener las plantas en el menú, ampliando la cantidad de hábitats donde nuevas especies podrían evolucionar y prosperar. Por ejemplo, en la gran mayoría de las especies de escarabajos de las hojas de tortuga, según estudia el grupo Salem, no es una enzima codificada genéticamente la que descompone la pectina, sino un simbionte bacteriano. Los escarabajos obtienen las bacterias de sus madres: cada vez que una hembra deposita un huevo, también deja una cápsula que contiene los microbios. El embrión del escarabajo tortuga se desarrolla dentro del huevo y luego se introduce en la cápsula para digerir el simbionte aproximadamente un día antes de que emerja.

“Es lo primero que encuentra en la vida… por lo que es una asociación muy íntima”, dice Salem. Cuando Salem y su equipo eliminaron experimentalmente las cápsulas microbianas de las larvas en desarrollo, los escarabajos adultos libres de gérmenes que emergen tienen una alta tasa de mortalidad porque no pueden acceder a la pectina en la célula vegetal.

Además de hacer que las plantas sean más fáciles de digerir, algunos microbios asociados a las plantas pueden haber allanado el camino para la diversificación de los escarabajos porque les brindan protección contra los depredadores. En el escarabajo de la hoja de tortuga Chelymorpha alternans, por ejemplo, un hongo llamado Fusarium—a menudo se encuentra en cultivos como plátanos y batatas; crece en la superficie de las pupas de los escarabajos durante la metamorfosis. “Hemos demostrado que si se eliminan los hongos, las hormigas los encuentran fácilmente y se alimentan de ellos”, dice Aileen Berasateguibiólogo evolutivo del Instituto para la Vida y el Medio Ambiente de Ámsterdam, en los Países Bajos. fusariumen otras palabras, puede estar protegiendo a los escarabajos de depredadores dañinos, expandiendo aún más el territorio de los escarabajos y permitiendo la diversificación.

Berasategui añade que muchos descortezadores, como los escarabajos de la ambrosía, también se benefician de fusarium hongos, pero de forma diferente. Los escarabajos transportan los hongos de un árbol a otro en bolsas especializadas llamadas mycangia. Una vez que la infección fúngica del árbol está en marcha, los escarabajos se deleitan con un festín de hongos.

Adaptarse para realizar este tipo de agricultura (sembrar esporas que se convertirán en alimento) también ha ayudado a las especies de escarabajos a explotar nuevos hábitats. “De su propio nido toman un pedacito, y luego… vuelan a un nuevo árbol donde empiezan su propio nido, siembran el nuevo hongo, generan este nuevo jardín”, dice Berasategui. Este enfoque, llamado fungicultura, ha evolucionado de forma independiente en los escarabajos ambrosía siete veces. Se cree que la evolución de nuevas especies de escarabajos estuvo determinada por relaciones mutuamente beneficiosas con estos hongos, parte de una historia de 50 millones de años en el que insectos como hormigas, termitas y escarabajos de ambrosía han evolucionado de forma independiente para cultivar hongos, según un artículo de 2005 publicado en el Revista Anual de Ecología, Evolución y Sistemática.

Los escarabajos herbívoros han desarrollado otras innovaciones que pueden haberles permitido especializarse más que otros grupos de escarabajos. En los escarabajos de las hojas que estudia Chaboo, por ejemplo, la aparición en el registro fósil de escudos fecales defensivos (estructuras construidas a partir de las propias excreciones del escarabajo y de la piel desprendida) “coincide con radiaciones masivas de especies”, dice. La mayoría de los escarabajos que usan escudos son especies solitarias, pero algunos viven en grupos, organizándose en formaciones que los protegen de los depredadores. La protección del escudo fecal puede haber ayudado a los escarabajos a trasladarse a hábitats más abiertos, dice Chaboo.

Ya sea que coman plantas o se alimenten de otros alimentos como carroña, los escarabajos de todos los grupos han desarrollado una impresionante variedad de herramientas para resolver muchos problemas diferentes. En ese sentido, los escarabajos son un microcosmos del árbol de la vida, dice McKenna.

Sin embargo, por muy resistentes que sean los escarabajos, no podemos dar por sentada su supervivencia. Las poblaciones de insectos están en declive en muchos lugares, “y sí, los escarabajos son parte de eso”, dice Beza-Beza. Cómo sobrevivirán a los impactos de los humanos es “una de las cuestiones centrales en este momento”, añade, aunque apuesta a que habrá escarabajos en la Tierra “más tiempo que los humanos”.

Beza-Beza, que se dedica a resolver acertijos científicos en las islas del cielo nuboso de Centroamérica donde trabaja, tiene una afinidad especial por Ogiges pulidos, una especie de escarabajo que vive y se alimenta de troncos podridos. “Sólo ocurre en las montañas cercanas a mi ciudad natal”, dice. “Así que me recuerda de dónde soy… y que hay estas joyas en todas partes”.

Revista Conocible es un esfuerzo periodístico independiente de Annual Reviews.