No solo la viven las mariposas: Metamorfosis, un proceso único de transformación en la naturaleza

La metamorfosis es un proceso fascinante y complejo que ha cautivado desde siempre a los seres humanos, y que ha sido utilizado como metáfora del cambio, el crecimiento y el ciclo de la vida, especialmente en animales como las abejas y las mariposas, que han estado presentes en diversas culturas desde sus inicios.

Se trata de un proceso biológico que implica una transformación estructural y fisiológica profunda experimentada por ciertos animales durante su ciclo de vida. Este fenómeno no solo cambia la apariencia del organismo, sino que también sus hábitos y su entorno, lo que le permite adaptarse de manera óptima durante las distintas fases de su desarrollo.

«La metamorfosis es un proceso de cambio general que ocurre a nivel corporal de un individuo, y esos cambios son evidentemente morfológicos, pero también esos cambios están acompañados, sin duda, por un importante cambio fisiológico, producción de hormonas, producción de enzimas. Hay un proceso interno, obviamente no evidente, aunque en algunos casos sí, y también eso va acompañado con un cambio conductual. Entonces, es todo algo más integral que, si bien nosotros estamos viendo, por ejemplo, un cambio morfológico, como es el paso de la larva a un adulto, eso siempre va acompañado con fisiología, así como con cambios de hábitos, que pueden ser alimenticios, cambios diurnos, etcétera», señala Rodrigo Barahona, doctor en Ciencias Silvoagropecuarias y Veterinarias, y académico del departamento de Ciencias Biológicas y Biodiversidad de la Universidad de los Lagos.

Existen dos tipos principales de metamorfosis, que se diferencian según la cantidad de estadios que atraviesa el organismo. En la metamorfosis incompleta, también conocida como hemimetabolismo, el ciclo de vida del animal consta de tres etapas: huevo, ninfa y adulto. En este tipo de metamorfosis, la ninfa es una versión inmadura del adulto, careciendo de alas y órganos reproductores maduros.

A medida que la ninfa crece, experimenta una serie de mudas hasta alcanzar su forma adulta, pero no atraviesa una fase de inmovilidad ni una transformación radical. Este tipo de metamorfosis es común en insectos como los saltamontes, las libélulas y los mosquitos. Las ninfas de estos insectos, aunque similares a los adultos, son más simples y carecen de las características definitorias de la fase adulta.

Por otro lado, la metamorfosis completa, o holometabolismo, implica cuatro etapas: huevo, larva, pupa y adulto. En este tipo de metamorfosis, las larvas y los adultos tienen una apariencia bastante distinta. Tras la etapa larval, el organismo pasa a la fase de pupa o crisálida, en la que se produce una transformación profunda y reorganización de tejidos y órganos, lo que da lugar a un adulto completamente diferente, con características como alas y la capacidad de reproducción. Este proceso es característico de insectos como las mariposas, las moscas y las abejas. La metamorfosis completa es más radical, ya que el organismo cambia significativamente de forma, tamaño y funcionalidad en su transición de larva a adulto.

«En el caso de los insectos, y en general de los artrópodos e invertebrados, hay de tipo hemimetábolo y holometábolo. También hay ametábolos, como es el caso de los pececitos de plata, que ellos no tienen una metamorfosis tan evidente, sino que es muy directo. En el caso de los hemimetábolos, el juvenil, que en este caso suelen ser ninfas, son muy parecidos a los adultos, y hay muchas mudas, muchos cambios, que pueden ser más de 10 o de 15, dependiendo del grupo, de la especie. Estos cambios, por ejemplo, siempre van acompañados obviamente con producción hormonal y, hasta llegar al último estado, es donde se generan las características más relevantes, como, por ejemplo, en el caso de chinches o saltamontes, se producen las alas. También se desarrolla el aparato reproductor, que en este caso es la genitalia, ya sea masculina o femenina», profundiza Barahona.

«En el caso de los holometábolos, que son considerados como metamorfosis más directa, lo que ocurre ahí es que el adulto deja un huevo, se produce un ciclo más específico, el huevo se desarrolla en varios estados larvales, por lo general cuatro, aunque pueden ser más, luego la larva, al llegar al último estado, produce cambios hormonales importantes, una concentración relevante de hormonas, ahí se produce la transformación a la pupa. En la pupa, posteriormente, pasado un tiempo, se transforma en adulto. Entonces, tiene un ciclo en el que hay cambios muy morfológicos, muy evidentes, porque pasar de una cuncuna a una mariposa es un cambio morfológico fundamental. No así, por ejemplo, de las ninfas a los adultos, porque las ninfas son como ver un mini adulto, solo que no tiene esas características», agrega.

La producción hormonal detrás del proceso

La palabra metamorfosis proviene del prefijo griego “metá”, que puede significar “por”, “alrededor”, “con” o “cambio”, y la palabra “morphḗ” que significa “forma”. Esto se debe a que es un proceso de transformación que implica una serie de cambios, los que son regulados principalmente por hormonas. En los insectos, como las abejas, estas hormonas juegan un papel crucial en la coordinación de las diferentes fases de la metamorfosis. Dos de las hormonas clave involucradas en este proceso son la ecdisona (hormona de la muda) y neotenina (hormona juvenil). Estas hormonas trabajan en conjunto, pero tienen efectos opuestos y fundamentales en el desarrollo del insecto.

La ecdisona es la hormona que induce la muda en los insectos, permitiéndoles crecer al desprenderse de su exoesqueleto y desarrollar uno nuevo. Este proceso es fundamental para el cambio de una fase juvenil a una fase adulta. La ecdisona, que se produce en las glándulas protorácicas, estimula la producción de proteínas que forman la nueva capa externa del insecto. La secreción de ecdisona es regulada por una hormona neurosecretora llamada Hormona Pro Torácico Trópica (HPTT), que se libera en respuesta a estímulos internos y ambientales, indicando que el insecto está listo para cambiar de fase.

Por otro lado, la hormona juvenil (principalmente la neotenina) tiene un efecto opuesto. Esta hormona mantiene al insecto en un estado juvenil, inhibiendo la transformación hacia el estado adulto. Durante la metamorfosis, la concentración de hormona juvenil disminuye progresivamente. Cuando los niveles de esta hormona caen lo suficiente, se activa el proceso de metamorfosis y la ecdisona puede inducir el cambio hacia la fase adulta.

«Las concentraciones cambian obviamente, pero, por lo general, son dos hormonas las que están actuando en el caso de los artrópodos, los insectos. En particular, es la ecdisona, una hormona que está relacionada con el paso, el cambio, de un estado a otro. Por lo tanto, cuando esta hormona se concentra, se genera entonces la ecdisis, que es la muda o el cambio de estado. Eso obviamente conlleva una concentración importante en el organismo. Pero también está otra hormona, que controla que no ocurra el desarrollo adelantado, que en este caso es la hormona juvenil. La hormona juvenil lo que hace es controlar, regular las concentraciones para que no haya un exceso en el desarrollo, y el animal pueda ir de acuerdo con los momentos adecuados», ahonda Barahona.

«Ahora, las concentraciones de estas hormonas, por lo general, siempre están acompañadas de variaciones ambientales. Es importante eso, porque si se acelera algún desarrollo, puede ser, por ejemplo, por efectos de la temperatura. Se sabe que el aumento de la temperatura aumenta las concentraciones de las hormonas y acelera los procesos de transformaciones en los insectos. Pero también está relacionado con los ciclos diales, por ejemplo, si el animal tiene un comportamiento diurno, las hormonas obligan un poco al animal para que sea capaz de poder tener su mayor actividad durante el día. Cosa que está relacionada con la temperatura. Si son animales que están más adaptados, por ejemplo, a vivir en condiciones más frías, entonces ellos buscan mayor humedad, por lo que hay ahí un cambio conductual importante, que no siempre se condice con el adulto, y eso está dado por las concentraciones de las hormonas, que en realidad son neurohormonas, porque están reguladas por el cerebro», agrega.

La transducción de señales es otro aspecto crucial del proceso hormonal en la metamorfosis. Las hormonas no actúan directamente sobre las células objetivo; en cambio, se unen a receptores específicos en las células y generan una serie de reacciones químicas dentro de la célula. Esta cascada de reacciones permite que la señal hormonal sea transmitida de una molécula a otra, desencadenando la activación de genes que codifican las proteínas necesarias para formar la nueva estructura del insecto. Esta red de reacciones moleculares es extremadamente precisa y esencial para que la metamorfosis se desarrolle correctamente.

«Es importante también considerar que hay también muchas enzimas que están particularmente trabajando, para poder llevar a cabo la transformación. En el caso, por ejemplo, de los holometábolos, y particularmente en el caso del cuarto estado larval, para pasar a pupa, por lo general, hay una transformación considerable. Ahí, por ejemplo, hay otro grupo de hormonas que están tratando de liberar o tratar de producir enzimas, que degradan los conjuntos celulares para producir nuevos conjuntos celulares. Entonces, esas enzimas degradan estos órganos, se reutiliza todo ese material, y se arman nuevas células», afirma Barahona.

Por otra parte, en el caso de los anfibios, la metamorfosis está regulada por la hormona tiroidea. La hormona tirotrópica, producida por la hipófisis, activa la glándula tiroides, la que produce principalmente la tiroxina, y esta, más otros compuestos que contienen yodo, circula en la sangre y provoca los cambios.

«La metamorfosis es un cambio, un cambio que ocurre a nivel fisiológico y morfológico del renacuajo, en este caso, para dar el paso a un adulto. Efectivamente, hay dos metamorfosis que son bien marcadas, una se llama metamorfosis completa, donde los renacuajos se transforman en una rana, y la otra es parcial, que ocurre, por ejemplo, en algunas especies de salamandras, o en los ajolotes, que no pierden las branquias. Hay casos también donde la metamorfosis no ocurre dentro del agua o en lugares expuestos, sino que ocurre en el interior de un adulto, un ejemplo de esto son las ranas marsupiales», comenta Osvaldo Cabeza, herpetólogo especialista en el estudio de reptiles y anfibios.

«Tenemos la hormona de la tiroides, que es la que desencadena justamente todo este proceso. Básicamente, provoca una activación en cadena, cuando se generan las condiciones ambientales o cuando el animal se activa y se empieza a estimular a nivel metabólico. Existen también otros factores, pero, va a depender mucho de la especie. Hay especies que, cuando hay perdida de recursos, ya sea de alimento o agua, estas condiciones juegan un rol muy importante para comenzar con todo el proceso de metamorfosis, usualmente, siempre deben darse buenas condiciones para que suceda», agrega.

Casos de metamorfosis en la naturaleza

Un ejemplo clásico de metamorfosis incompleta lo encontramos en los insectos como las libélulas, cuyas ninfas acuáticas se desarrollan bajo el agua antes de convertirse en insectos voladores. En cambio, las mariposas, en su proceso de metamorfosis, comienzan como orugas que se alimentan de plantas y, al pasar por la fase de pupa dentro de un capullo, experimentan una transformación total para emerger como adultas con alas. Las abejas también pasan por una metamorfosis completa, en la que el huevo se desarrolla dentro de la colmena, formando una larva que luego se convierte en pupa antes de dar lugar a una abeja adulta.

En los anfibios, como las ranas, el proceso de metamorfosis comienza con renacuajos acuáticos que, al desarrollarse, adquieren pulmones y patas, transformándose en ranas capaces de vivir tanto en el agua como en la tierra. Este fenómeno es también característico en otras criaturas, donde sus diferentes etapas de vida —larval, pupal y adulta— tienen características muy diferentes entre sí.

«La metamorfosis en anfibios puede ser muy compleja y variada. Ahí tú puedes encontrar de todo tipo. Por ejemplo, la usual, que a todos nos enseñan, ocurre dentro del agua, el renacuajo se va desarrollando, le van saliendo unas patitas y se convierte en rana. Pero hay otras especies de anfibios que la eclosión de los huevos se da en una hoja, hacia el agua, y ahí recién comienza el proceso en el agua. Hay otras donde el desarrollo es interno, que son animales que tienen un cuidado parental súper grande, por tanto, igual ahí cambia un poco su metamorfosis. En ese caso, no sabemos si las condiciones ambientales podrían afectar en este tipo particular de metamorfosis. Es evidente que a los adultos sí los va a afectar, pero hay muchas conductas reproductivas asociadas a la metamorfosis», explica Cabeza.

La metamorfosis no solo es un proceso biológico fascinante, sino que también juega un papel importante en la conducta y evolución de muchas especies. En el caso de los insectos, por ejemplo, el desarrollo de la metamorfosis completa ha sido clave para su éxito y diversificación.

«Uno de los de los cambios conductuales, quizás de los más evidentes, se produce cuando hay un cambio en la dieta. A veces las larvas suelen alimentarse de un tipo de recurso y después el adulto ocupa otro. Ese es un comportamiento conductual finalmente, porque está inducido por el tipo de transformación que ocurre entre lo que es la larva, la pupa y el adulto. Por ejemplo, las larvas de las mariposas se alimentan principalmente de materia vegetal, más sólida, como las hojas, y las hojas tienen a su vez celulosa. La celulosa es un azúcar que es complejo, tiene muchos enlaces. Pero, cuando la mariposa se transforma, ya no tiene mandíbulas, que es un cambio importante, sino que la mariposa ahora tiene una espiritrompa, una probóscide, con la cual va a alimentarse, y ese alimento normalmente suele ser néctar. El néctar es un azúcar mucho más sencillo, más fácil de degradar, porque suele ser sacarosa o fructosa. Entonces, solamente son dos moléculas de azúcares unidas por el enlace, que es distinto a tener, por ejemplo, que masticar la celulosa. Ese es un cambio conductual que está mediado por un cambio fisiológico, y obviamente implica el cambio morfológico», afirma Barahona.

«Pero también hay otros cambios conductuales que son más diurnos, más etológicos. Algunos insectos, las larvas particularmente, pueden estar habitando en una zona de agua, ríos, zonas inundables, pero cuando se transforma, el adulto ya no es parte de ese hábitat, sino que se transforma a un hábitat más aéreo. Pueden ser las moscas de mayo, los plecópteros, las libélulas, algunas típulas, algunos coleópteros también que, si bien es cierto, aún no se separan 100% del hábitat acuático, ya son completamente terrestres o aéreos, por decirlo así. Hay otros insectos que, por lo general, las larvas son de conducta nocturna, pero el adulto es diurno, o viceversa, que las larvas son diurnas y el adulto suele ser nocturno, como en el caso de las polillas», agrega.

Es así como la metamorfosis permite que las diferentes etapas del ciclo de vida no compitan por los mismos recursos. Por ejemplo, las larvas de algunos insectos se alimentan de materiales orgánicos, mientras que los adultos tienen una dieta completamente diferente, lo que reduce la competencia intraespecífica. Esta especialización en distintas etapas de la vida facilita la colonización de una gran variedad de nichos ecológicos y permite la supervivencia de especies en condiciones ambientales muy diversas.

La metamorfosis sigue siendo un área activa de investigación científica. Aunque es común en numerosos grupos de animales, como insectos, moluscos y anfibios, los científicos están tratando de entender cómo se originó este fenómeno. Se cree que los insectos primitivos inicialmente presentaban una metamorfosis más simple, en la que la ninfa se asemejaba al adulto y solo experimentaba transformaciones graduales. Con el tiempo, la evolución dio lugar a la metamorfosis completa, un proceso mucho más complejo que permite una mayor especialización en cada fase del ciclo de vida.

En esta línea, los estudios sobre los genes involucrados en la metamorfosis han revelado que, aunque muchas especies comparten genes similares, la manera en que estos se expresan durante las diferentes etapas del desarrollo es lo que determina el tipo de metamorfosis que experimenta un organismo. Estas investigaciones han sido fundamentales para comprender cómo la metamorfosis puede ser tan diversa y cómo ha favorecido la adaptación y la supervivencia de muchas especies a lo largo de la historia evolutiva.

«Las ranas antiguamente estaban muy relacionadas con el agua, tanto los adultos como las larvas, por lo que dependían al 100% de ella, pero, en algún momento del linaje de los sapos y de las ranas, empezaron a aparecer organismos más anfibios, de ahí viene quizás el nombre, donde estos empezaron a colonizar más ambientes terrestres. Pasa lo mismo con los insectos. Los insectos, o varios de los artrópodos, ocurre que ellos, básicamente, han dependido originariamente de un recurso, pero posteriormente, con el paso del tiempo, y a medida que los recursos se diversifican, ellos han ido tratando de evolucionar a la par con esos cambios ambientales, que es lo que conocemos nosotros como selección natural», profundiza Barahona.

«En ese sentido, entonces, estos cambios morfológicos que están asociados con la anautogenia de los animales, netamente tienen que ir avanzando a la par de esos cambios ambientales, porque si no se extingue el animal. Entonces, han ido adaptando obviamente estrategias para que estos animales puedan aprovechar los recursos diurnos o nocturnos, con base en la presión que el ambiente le genera. Eso obviamente modula la concentración del tipo de hormonas que generan, porque las hormonas son básicamente cambios que se dan por presiones ambientales. Ahora, quizás, como el ser humano tiene tanta presión sobre el ambiente y genera tantos cambios ambientales, no solo en la temperatura, sino que también en la resistencia a la contaminación y a otros fenómenos, es muy probable que los insectos y otros organismos estén tratando de evolucionar más rápido, a la par de esos cambios, para poder sobrevivir. Porque, finalmente, lo que lleva a las especies a mantenerse en el tiempo, o a transformarse en otras, es justamente adaptarse a las condiciones ambientales», agrega.

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