La historia de cómo la evolución le permitió a los escarabajos colonizar la Tierra

Los ojos de Caroline Chaboo se iluminan cuando habla de los escarabajos tortuga. Igual que las piedras preciosas, existen en una miríada de colores: azul brillante, rojo, naranja, verde y transparentes con motas doradas. Son miembros de un grupo de 40.000 especies de escarabajos de las hojas, los crisomélidos (Chrysomelidae), una de las ramas más ricas en especies del vasto orden de los escarabajos, los coleópteros (Coleoptera). “Están los gorgojos, los longicornios y los escarabajos de las hojas”, dice. “Ese es realmente el trío que domina la diversidad de los escarabajos”.

Chaboo, entomóloga de la Universidad de Nebraska, en Lincoln, se ha preguntado durante mucho tiempo por qué el reino de los seres vivos está tan sesgado hacia los escarabajos: estas criaturas de cuerpo duro constituyen alrededor de 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 un millón de especies de insectos registrados en el planeta, unos 400.000 son escarabajos. Y estos son solo 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 precisa”—, dice Chaboo. Pero están surgiendo pistas.

Una hipótesis es que hay muchos porque existen desde hace mucho tiempo. “Los escarabajos tienen 350 millones de años”, dice el biólogo y entomólogo evolutivo Duane McKenna de la Universidad de Memphis, en Tennessee. Es una enorme 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 aparecieron en el planeta hace solo unos 300.000 años.

Sin embargo, el hecho de que un grupo de animales sea antiguo no significa necesariamente que tendrá más especies. Algunos grupos muy antiguos tienen muy pocas especies. Los celacantos, por ejemplo, han estado nadando en el océano durante unos 360 millones de años, alcanzando un máximo de alrededor de 90 especies y luego disminuyendo a las dos especies que se sabe que hoy están vivas. De manera similar, el tuátara, un reptil parecido a un lagarto, es el único integrante 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 existen tantas especies de escarabajos es que, además de ser antiguos, tienen un poder de permanencia inusual. “Han sobrevivido al menos a dos extinciones masivas”, dice Cristian Beza-Beza, becario postdoctoral de la Universidad de Minnesota. De hecho, un estudio de 2015 que buscó explorar extinciones y utilizó escarabajos fósiles que se remontan al Pérmico, hace 284 millones de años, concluyó que la 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 habilidad para cambiar sus áreas de distribución en respuesta al cambio climático, y eso puede explicar su resiliencia a la extinción, proponen los autores.

Para complicar más 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 modesta. “Esta familia tiene alrededor de 8.000 especies, por lo que no es un grupo enorme”, dice el ecólogo comunitario Jorge Ari Noriega, de la Universidad El Bosque, en Bogotá, Colombia.

En contraste, los crisomélidos —una superfamilia que incluye escarabajos longicornios y de las hojas— suman 63.000 especies, mientras que los bupréstidos (Buprestidae), un grupo de escarabajos metálicos perforadores de madera y hojas, también conocidos como escarabajos joyas por sus deslumbrantes colores iridiscentes, tienen unas 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. Con base en análisis genéticos de diferentes linajes de escarabajos, McKenna y sus colegas han encontrado evidencia de que un factor importante que estimuló la diversidad de escarabajos fue la diversificación de las plantas con flores durante el período Cretácico.

Durante ese 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 diferentes hábitats. En la actualidad, las plantas constituyen alrededor del 80 % de la masa de vida del planeta. Aprovechar al máximo las plantas como alimento es una estrategia ecológica que ha ayudado a alimentar la expansión no solo de los escarabajos, sino también de especies herbívoras como 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 halló 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 resultaron increíblemente exitosos”, 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 hizo que los insectos pudieran trasladarse a nuevos hábitats y ocupar nuevos nichos ecológicos. A medida que los escarabajos herbívoros se extendieron geográficamente y adoptaron distintas dietas y estilos de vida, las diferencias genéticas entre ellos crecieron, dando como resultado nuevas especies.

Por razones que no están claras, a medida que evolucionaron, algunas especies de escarabajos herbívoros perdieron los genes que ayudan a la digestión, incluido un gen que codifica la pectinasa, una enzima que permite la degradación de la pectina. El ecólogo evolutivo Hassan Salem, del Instituto Max Planck de Biología, en Tübingen, 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 se convirtieron en una herramienta alternativa para mantener a las plantas en su menú, expandiendo la cantidad de hábitats donde podrían evolucionar y prosperar nuevas especies. Por ejemplo, en la gran mayoría de las especies de escarabajos tortuga, el grupo que estudia Salem, no es una enzima codificada genéticamente la que descompone la pectina, sino un simbionte bacteriano. Los escarabajos reciben 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 emerger.

“Es lo primero que encuentra en la vida... por lo que es una asociación muy íntima”, dice Salem. Cuando Salem y su equipo han eliminado experimentalmente las cápsulas microbianas de las larvas en desarrollo, los escarabajos adultos libres de esos gérmenes 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 ofrecen protección contra los depredadores. En el escarabajo tortuga Chelymorpha alternans, por ejemplo, un hongo llamado Fusarium —que a menudo se encuentra en cultivos como plátanos y camote (batatas)— crece en la superficie de su crisálida durante la metamorfosis. “Hemos demostrado que, si se eliminan los hongos, las hormigas los encuentran fácilmente y se alimentan de ellos”, dice Aileen Berasategui, bióloga evolutiva del Instituto para la Vida y el Ambiente de Ámsterdam, en los Países Bajos. En otras palabras, Fusarium puede estar protegiendo a los escarabajos de depredadores, expandiendo aún más el territorio de los escarabajos y permitiendo la diversificación. (Puede ver: Marcan tiburón en amenaza crítica en de San Andrés)

Berasategui añade que muchos escarabajos descortezadores, como los escarabajos ambrosía, también se benefician de los hongos Fusarium, pero de otra forma. Estos 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 explorar 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. Denominado fungicultura, este enfoque ha evolucionado siete veces de forma independiente en los escarabajos ambrosía. Se cree que la evolución de nuevas especies de escarabajos se ha moldeado a partir de relaciones mutuamente beneficiosas con estos hongos —parte de una historia de 50 millones de años en la que insectos como hormigas, termitas y escarabajos ambrosía han evolucionado de manera independiente para cultivar hongos—, según un artículo de 2005 publicado en el Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics.

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 excretas del escarabajo y de los restos del recambio de su piel— “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. (Puede ver: Reconocer a los desplazados ambientales, el vacío que debe llenar Colombia)

Ya sea que coman plantas o se alimenten de otras cosas, como carroña, por ejemplo, los escarabajos de todos los grupos han desarrollado una impresionante variedad de herramientas para resolver diferentes problemas. 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 disminuyendo 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 preguntas centrales en este momento”, añade, aunque apuesta a que habrá escarabajos en la Tierra por “más tiempo que las personas”.

Beza-Beza, que se dedica a resolver acertijos científicos en las islas serranas de los bosques nubosos de Centroamérica donde trabaja, tiene una afinidad especial por los Ogyges politus, una especie de escarabajo que vive y se alimenta de troncos en descomposición. “Solo ocurre en las montañas cercanas a mi ciudad natal”, dice. “Así que me recuerda de dónde soy... y que existen estas joyas en todas partes”.

*Este artículo se publicó primero es Knowable Magazine. Fue traducido al español por Daniela Hirschfeld.

Los ojos de Caroline Chaboo se iluminan cuando habla de los escarabajos tortuga. Igual que las piedras preciosas, existen en una miríada de colores: azul brillante, rojo, naranja, verde y transparentes con motas doradas. Son miembros de un grupo de 40.000 especies de escarabajos de las hojas, los crisomélidos (Chrysomelidae), una de las ramas más ricas en especies del vasto orden de los escarabajos, los coleópteros (Coleoptera). “Están los gorgojos, los longicornios y los escarabajos de las hojas”, dice. “Ese es realmente el trío que domina la diversidad de los escarabajos”.

Chaboo, entomóloga de la Universidad de Nebraska, en Lincoln, se ha preguntado durante mucho tiempo por qué el reino de los seres vivos está tan sesgado hacia los escarabajos: estas criaturas de cuerpo duro constituyen alrededor de 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 un millón de especies de insectos registrados en el planeta, unos 400.000 son escarabajos. Y estos son solo 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 precisa”—, dice Chaboo. Pero están surgiendo pistas.

Una hipótesis es que hay muchos porque existen desde hace mucho tiempo. “Los escarabajos tienen 350 millones de años”, dice el biólogo y entomólogo evolutivo Duane McKenna de la Universidad de Memphis, en Tennessee. Es una enorme 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 aparecieron en el planeta hace solo unos 300.000 años.

Sin embargo, el hecho de que un grupo de animales sea antiguo no significa necesariamente que tendrá más especies. Algunos grupos muy antiguos tienen muy pocas especies. Los celacantos, por ejemplo, han estado nadando en el océano durante unos 360 millones de años, alcanzando un máximo de alrededor de 90 especies y luego disminuyendo a las dos especies que se sabe que hoy están vivas. De manera similar, el tuátara, un reptil parecido a un lagarto, es el único integrante 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 existen tantas especies de escarabajos es que, además de ser antiguos, tienen un poder de permanencia inusual. “Han sobrevivido al menos a dos extinciones masivas”, dice Cristian Beza-Beza, becario postdoctoral de la Universidad de Minnesota. De hecho, un estudio de 2015 que buscó explorar extinciones y utilizó escarabajos fósiles que se remontan al Pérmico, hace 284 millones de años, concluyó que la 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 habilidad para cambiar sus áreas de distribución en respuesta al cambio climático, y eso puede explicar su resiliencia a la extinción, proponen los autores.

Para complicar más 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 modesta. “Esta familia tiene alrededor de 8.000 especies, por lo que no es un grupo enorme”, dice el ecólogo comunitario Jorge Ari Noriega, de la Universidad El Bosque, en Bogotá, Colombia.

En contraste, los crisomélidos —una superfamilia que incluye escarabajos longicornios y de las hojas— suman 63.000 especies, mientras que los bupréstidos (Buprestidae), un grupo de escarabajos metálicos perforadores de madera y hojas, también conocidos como escarabajos joyas por sus deslumbrantes colores iridiscentes, tienen unas 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. Con base en análisis genéticos de diferentes linajes de escarabajos, McKenna y sus colegas han encontrado evidencia de que un factor importante que estimuló la diversidad de escarabajos fue la diversificación de las plantas con flores durante el período Cretácico.

Durante ese 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 diferentes hábitats. En la actualidad, las plantas constituyen alrededor del 80 % de la masa de vida del planeta. Aprovechar al máximo las plantas como alimento es una estrategia ecológica que ha ayudado a alimentar la expansión no solo de los escarabajos, sino también de especies herbívoras como 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 halló 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 resultaron increíblemente exitosos”, 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 hizo que los insectos pudieran trasladarse a nuevos hábitats y ocupar nuevos nichos ecológicos. A medida que los escarabajos herbívoros se extendieron geográficamente y adoptaron distintas dietas y estilos de vida, las diferencias genéticas entre ellos crecieron, dando como resultado nuevas especies.

Por razones que no están claras, a medida que evolucionaron, algunas especies de escarabajos herbívoros perdieron los genes que ayudan a la digestión, incluido un gen que codifica la pectinasa, una enzima que permite la degradación de la pectina. El ecólogo evolutivo Hassan Salem, del Instituto Max Planck de Biología, en Tübingen, 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 se convirtieron en una herramienta alternativa para mantener a las plantas en su menú, expandiendo la cantidad de hábitats donde podrían evolucionar y prosperar nuevas especies. Por ejemplo, en la gran mayoría de las especies de escarabajos tortuga, el grupo que estudia Salem, no es una enzima codificada genéticamente la que descompone la pectina, sino un simbionte bacteriano. Los escarabajos reciben 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 emerger.

“Es lo primero que encuentra en la vida... por lo que es una asociación muy íntima”, dice Salem. Cuando Salem y su equipo han eliminado experimentalmente las cápsulas microbianas de las larvas en desarrollo, los escarabajos adultos libres de esos gérmenes 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 ofrecen protección contra los depredadores. En el escarabajo tortuga Chelymorpha alternans, por ejemplo, un hongo llamado Fusarium —que a menudo se encuentra en cultivos como plátanos y camote (batatas)— crece en la superficie de su crisálida durante la metamorfosis. “Hemos demostrado que, si se eliminan los hongos, las hormigas los encuentran fácilmente y se alimentan de ellos”, dice Aileen Berasategui, bióloga evolutiva del Instituto para la Vida y el Ambiente de Ámsterdam, en los Países Bajos. En otras palabras, Fusarium puede estar protegiendo a los escarabajos de depredadores, expandiendo aún más el territorio de los escarabajos y permitiendo la diversificación. (Puede ver: Marcan tiburón en amenaza crítica en de San Andrés)

Berasategui añade que muchos escarabajos descortezadores, como los escarabajos ambrosía, también se benefician de los hongos Fusarium, pero de otra forma. Estos 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 explorar 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. Denominado fungicultura, este enfoque ha evolucionado siete veces de forma independiente en los escarabajos ambrosía. Se cree que la evolución de nuevas especies de escarabajos se ha moldeado a partir de relaciones mutuamente beneficiosas con estos hongos —parte de una historia de 50 millones de años en la que insectos como hormigas, termitas y escarabajos ambrosía han evolucionado de manera independiente para cultivar hongos—, según un artículo de 2005 publicado en el Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics.

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 excretas del escarabajo y de los restos del recambio de su piel— “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. (Puede ver: Reconocer a los desplazados ambientales, el vacío que debe llenar Colombia)

Ya sea que coman plantas o se alimenten de otras cosas, como carroña, por ejemplo, los escarabajos de todos los grupos han desarrollado una impresionante variedad de herramientas para resolver diferentes problemas. 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 disminuyendo 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 preguntas centrales en este momento”, añade, aunque apuesta a que habrá escarabajos en la Tierra por “más tiempo que las personas”.

Beza-Beza, que se dedica a resolver acertijos científicos en las islas serranas de los bosques nubosos de Centroamérica donde trabaja, tiene una afinidad especial por los Ogyges politus, una especie de escarabajo que vive y se alimenta de troncos en descomposición. “Solo ocurre en las montañas cercanas a mi ciudad natal”, dice. “Así que me recuerda de dónde soy... y que existen estas joyas en todas partes”.

*Este artículo se publicó primero es Knowable Magazine. Fue traducido al español por Daniela Hirschfeld.