En la naturaleza, algunos animales, al alcanzar determinados estadios de su ciclo vital, pasan por un proceso llamado metamorfosis, por el cual cambian de fisionomía, fisiología y comportamiento. La metamorfosis es un proceso regulado hormonalmente consistente en una serie de cambios morfológicos y estructurales por los que pasa un organismo tras su nacimiento, junto con unas alteraciones fisiológicas, bioquímicas y conductuales. Comentando al inicio el caso de la mariposa por ser el más común o el primero que nos explicaron en el colegio, en realidad, son muchos los insectos que realizan este proceso, así como los anfibios, crustáceos, cnidarios, equinodermos o tunicados. Literalmente la metamorfosis implica un cambio absoluto prácticamente de vida para los animales. Todas las metamorfosis implican varios estadios para dicha transformación tan grande. Es decir, no pasa de un minuto a otro, sino que son procesos de varios meses. No obstante, la metamorfosis es una muestra más de la evolución, con sus cambios constantes, lentos y graduales, que se permiten perfeccionar este proceso que tardo miles de años en llegar a ser lo que es hoy.
El desarrollo no es el mismo en todos los insectos, sino que se diferencian según el patrón de cambios estructurales por el que pasan en 3 grupos: ametábolos, hemimetábolos y holometábolos.
Ciclo De Vida De Las Mariposas Explicado Para Niños
Tipos de Metamorfosis en Insectos
Insectos Ametábolos
Los insectos ametábolos, que suelen ser más primitivos (como, por ejemplo, los colémbolos y los pececillos de plata), sufren una metamorfosis leve o “no verdadera”, por la que, desde su nacimiento a partir de un huevo, las formas jóvenes crecen y experimentan mudas periódicas, aumentando gradualmente de tamaño hasta que alcanzar las dimensiones típicas de la forma adulta y, con ello, la madurez sexual, pero siempre manteniendo un aspecto similar. En este caso el insecto crece de tamaño, pero la forma no cambia no tienen una metamorfosis como la hemos definido. Estos son llamados por este proceso insectos ametábolos, que significa eso, que no necesitan metamorfosis per se.
Pececillo de plata, un ejemplo de insecto ametábolo.
Insectos Hemimetábolos
Los insectos hemimetábolos (como saltamontes, libélulas, cucarachas o termitas), algo más avanzados evolutivamente que los anteriores, experimentan una metamorfosis gradual o incompleta con las 3 fases vitales características de la misma (huevo, ninfa y adulto). La ninfa o insecto inmaduro es la fase que experimenta el crecimiento y se asemeja al adulto en el aspecto, los comportamientos y los hábitos alimenticios, pero se diferencia de él en cuanto al tamaño, las proporciones corporales y el patrón de coloración. En estos casos, el desarrollo es gradual y tiene lugar mediante una serie de mudas periódicas del exoesqueleto. En el caso de insectos hemimetábolos alados, es la aparición de unas alas funcionales lo que marca el paso de ninfa a adulto.
Ciclo de vida de un insecto hemimetábolo.
Insectos Holometábolos
Los insectos holometábolos, por su parte, experimentan una metamorfosis completa, en la que cada estadio vital presenta una forma totalmente distinta al que le precede y al posterior. De esta manera, las larvas de los insectos holometábolos se diferencian de las formas adultas en la ausencia de alas, además de en la morfología, los hábitats que ocupan y sus fuentes de alimento. Las larvas experimentan el crecimiento a base de numerosas y periódicas mudas, las cuales culminan en una última que marca el paso al estadio de pupa. Aunque esta fase se caracteriza por un estado de aparente inactividad, en ella acaecen numerosos cambios en los que el insecto pierde los tejidos y órganos larvarios y desarrolla los de la forma adulta (incluidas las alas), que representa el último estadio del ciclo vital del insecto. La metamorfosis completa es la más común entre insectos, especialmente entre los alados, como mariposas, escarabajos, polillas, hormigas, moscas, abejas o avispas.
Ciclo de vida de un insecto holometábolo.
Dentro de la metamorfosis completa, existen tipos como es la hipermetamorfosis, que tiene lugar en ciertos tipos de escarabajos y moscas y que se caracteriza por presentar diferentes estadios larvarios.
Se piensa que la metamorfosis en los insectos se produjo con la separación gradual que experimentaron los adultos y las larvas, pues fueron adquiriendo formas de vida diferentes y alcanzaron un punto de vida en que sus caracteres se hicieron genéticamente independientes.
Fases de la Metamorfosis Completa
Las fases de la metamorfosis completa son cuatro: huevo, larva, pupa y adulto o imago. Los cambios acaecidos entre la fase larvaria y la adulta requieren tal cantidad de energía que no resulta posible que tengan lugar de una sola vez.
Ciclo de vida de la mariposa monarca.
En el caso de los insectos, la metamorfosis pasa en primer lugar por un estado de larva (caso de moscas, mariposas, abejas, etc) o ninfa (libélulas, efímeras, etc). Posteriormente, pasan por un estado de pupa, donde se suelen encerrar en una cápsula para poder realizar dicha transformación estructural, de células, fisiológica, etc. Terminando este proceso con el adulto, que en los casos mencionados siempre es un insecto volador, mientras que las fases larvarias son terrestres. Desde que nacen en los estadios de larva, suelen tener varias mudas (cambiando la “piel” llamada cutícula), conocidos estos como estadios larvarios 1, 2, 3, etc, donde a veces, ya van a ir modificando gradualmente algunos aspectos, pre-preparando un poco el proceso, para cuando lleguen al estadio larvario 3 o 4 normalmente, puedan entrar en el proceso de pupa, camino a la adultez. Este proceso de pupa implica un periodo de inactividad y no alimentarse, siendo conocido por ello, como una metamorfosis completa o compleja o animales holometábolos.
En la metamorfosis de los insectos holometábolos la reorganización de los tejidos y órganos tiene lugar por medio de la acción de enzimas digestivas que destruyen la mayor parte de las células, lo cual recibe el nombre de histólisis. Los nutrientes derivados de este proceso son usados para construir los nuevos tejidos del adulto en el proceso de histogénesis. En las larvas se encuentran grupos de células indiferenciadas que generan los nuevos tejidos, estos se conocen como discos imaginales pues dan origen al imago. Este tipo de metamorfosis es propio de casi el 80 % de los insectos y de algunos crustáceos.
Regulación Hormonal de la Metamorfosis
Los procesos de muda y metamorfosis están regulados por dos hormonas efectoras, principalmente en caso todos los animales o en variantes de estas: la 20-hidroxiecdisona (ecdisona) y la hormona juvenil (JH).
La hormona juvenil previene los cambios en expresión génica inducidos por la ecdisoma. Estos cambios que son necesarios para que tenga lugar la metamorfosis, impidiendo de esta manera que la larva se desarrolle antes de tiempo y permitiendo que ocurran las mudas necesarias para el crecimiento. A medida que crece el animal, se disminuye esta hormona, de modo que cuando llegue a timo estadio larvario sus niveles serán tan bajos que en se activará la hormona protoracicotrópica (PTTH) en respuesta a señales neuronales, hormonales o ambientales esta es la que posteriormente, activará desde el cerebro del animal, el proceso de la metamorfosis.
La 20 hidroxiecdisona o ecdisona inicia y coordina cada muda y regula cambios en la expresión de genes que ocurren durante la metamorfosis. Esta se encarga de la destrucción y reconstrucción de los nuevos tejidos alcanzando su máximo durante la deposición de la epicutícula, su producción cesa poco antes de la ecdisis (en insectos hemimetábolos) o eclosión (en insectos holometábolos). Además, el Usp también es un receptor de la hormona juvenil, por lo cual esta unión puede inhibir la formación de 20-hidroxiecdisona.
Estructura de la 20 hidroxiecdisona o ecdisona.
Las neurohormonas que controlan a la ecdisoma y la hormona juvenil son las encargadas de comenzar todo el proceso. El proceso de muda inicia en el cerebro, donde las células neurosecretoras liberan la hormona protoracicotrópica (PTTH) en respuesta a señales neuronales, hormonales o ambientales. Esta hormona estimula la producción de ecdisona en la glándula protorácica, una vez se ha producido la hormona se deja de liberar PTTH. En efecto, en este momento la metamorfosis se vuelve independiente del cerebro. En los tejidos periféricos, esta hormona es modificada para convertirse en su forma activa, la 20-hidroxiecdisona que es liberada en la hemolinfa. Las concentraciones hormonales necesarias para la muda son diferentes dependiendo del tejido y del animal.
Los procesos de ecdisis y eclosión y están ligados al ritmo circadiano de cada especie, y son controlados por la hormona de eclosión (EH). Esta hormona, la cual es secretada por células nerviosas, actúa de forma directa en el sistema nervioso induciendo los comportamientos y movimientos que le permiten al insecto liberarse y liberar al adulto. La última etapa de la metamorfosis es la esclerotización (proceso de endurecimiento de la cutícula) y al igual que las anteriores es controlada por una hormona, esta se llama bursicon.
Como dato destacar, que los conocimientos de las hormonas que regulan este proceso, especialmente en los insectos se ha investigado ampliamente en la Drosophila melanogaster (mosca de la fruta), que es un organismo modelo de investigación. Finalmente, quiero destacar que este conocimiento de las hormonas de crecimiento sirve para el control de plagas de insectos.
La larva posee grupos de células imaginales que permiten la construcción de los órganos como las patas a medida que los órganos larvales se degradan. Las células imaginales presentes en las larvas se agrupan en discos imaginales que dan origen a estructuras del adulto: alas, patas, antenas, ojos, cabeza, tórax y genitales, estos discos se caracterizan porque a diferencia del resto de células en la larva tienen una alta capacidad mitótica, su tasa de proliferación aumenta a medida que se diferencian.
Metamorfosis en Anfibios
Los anfibios presentan un proceso de metamorfosis en su ciclo vital. En su fase de larva, previa a la metamorfosis, los anfibios viven en el agua y respiran a través de branquias. Al desarrollarse, experimentan el proceso de metamorfosis a través del cual alcanzan su forma adulta y pasan a vivir en medios terrestres, volviendo al agua únicamente en la época de desove. Una vez explicado qué es la metamorfosis, presentamos algunos ejemplos, como es el caso de la metamorfosis del sapo, la metamorfosis de la rana o la metamorfosis de la mariposa, entre otras.
Metamorfosis de una rana.
La metamorfosis en anfibios implica, generalmente, una remodelación de los tejidos preexistentes. Por ejemplo, la rana convierte los tejidos que eran cola de renacuajo para nadar en patas traseras. Las patas delanteras, son la transformación de unas pequeñas aletas laterales que se posicionan más adelante. No obstante, la transformación y modificación de toda la anatomía es impresionante, reflejando en ella, el gran cambio que realizaron muchos animales de vivir en el agua a pasar a vivir en la tierra. La larva emerge del huevo y puede nadar y respirar bajo el agua. Los renacuajos, por tanto, comienzan adaptados al agua, con branquias, cola y boca circular, y crece con pocos cambios hasta el adulto. En este punto tiene lugar la metamorfosis.
Metamorfosis de Urodelos
Los urodelos o caudados (salamandras y tritones), en estos la metamorfosis implica la reabsorción de la aleta de la cola, la destrucción de las branquias externas y un cambio en la estructura de la piel. A veces, cuando el proceso se queda con el estadio juvenil, y no prosigue adelante. Es el caso de los ajolotes. Al mismo tiempo, ocurren procesos constructivos como el desarrollo de las patas posteriores, seguido por el de las patas anteriores, y la morfogénesis de las glándulas dermoides.
Metamorfosis de urodelos, caso de la salamandra.
Destacamos los principales cambios:
- El cráneo cartilaginoso del renacuajo es sustituido por uno óseo, junto con modificaciones de la boca y la mandíbula y el desarrollo de los músculos de la lengua.
- El sistema sensorial cambia pues la línea lateral, característica de los peces se degenera, y se produce diferenciación en ojos y oídos.
- En la larva no hay proyecciones del mismo lado del cerebro (ipsilateral) de las neuronas de la retina, sin embargo, durante la metamorfosis estas vías emergen permitiendo que entradas neuronales de ambos ojos lleguen a la misma área del cerebro. Por ello, la Xenopus laevis se investiga en neurociencia.
- Durante la metamorfosis, este pigmento cambia a rodopsina.
- La hemoglobina cambia de forma a una que une oxígeno más lentamente y lo libera más rápido en el adulto que en el renacuajo, una adaptación más al medio terrestre.
- Las enzimas del hígado cambian debido a la transición de un mecanismo de excreción amoniotélico en la larva a uno urotélico en el adulto en la mayoría de las especies. Por ejemplo, el hígado comienza a sintetizar las enzimas del ciclo de la urea necesarias para producir urea.
El control hormonal de la metamorfosis en anfibios está controlado por las hormonas: tiroxina (T4) y triyodotironina (T3) que son secretadas por la glándula tiroides.
Ejemplos Adicionales
Mariquita de Siete Puntos (Coccinella septempunctata)
El ciclo de la mariquita de Siete Puntos para completarse necesitará de 30 a 45 días. Empezaremos a contar desde que fijan sus puestas de huevos hasta llegar a convertirse en mariquitas adultas. Consta el ciclo de vida de cuatro etapas muy fáciles de detectar si las observamos con mucha atención. Tenemos la primera etapa en la que nacen dentro de los huevos que forman las puestas. Posteriormente una vez los huevos eclosionan dan lugar a las larvas. Estas cuando alcanzan el tamaño óptimo pupan dando lugar a las bellas y efectivas mariquitas que todos conocemos. Aprender el ciclo de las mariquitas es vital para poder incorporarlas a nuestros cultivos ecológicos. Manteniendo su presencia, nos beneficiaremos de ellas en todas sus fases.
Fases del ciclo vital:
- Primera fase: Comienza cuando los ejemplares adultos hembras fijan sus puestas en racimos de 5 a 50 huevos de color amarillo intenso. El lugar elegido será siempre lo más cercano a los brotes de pulgón instalados en plantas o árboles. De esta manera asegurarán la cercanía del primer alimento a sus pequeñas recién nacidas.
- Segunda fase: El principio de la segunda fase será cuando los huevos eclosionen dando lugar a las milimétricas larvas. El tiempo que tarda el proceso siempre será determinado por la temperatura exterior. Cuanta más temperatura cálida hace, mas rápido se produce. A una media de 22ºC tardarán de media de cinco a diez días en eclosionar. Observamos en este proceso como el amarillo intenso de la puesta cambia a negro formando la larva de mariquita en su interior. Tardarán de tres a cuatro semanas más en alcanzar un tamaño y peso considerable para poder pupar. Esto lo consiguen devorando toda clase de pulgones e insectos de cuerpo blando que encuentren en su camino. Las larvas al nacer ciegas y sin alas recorren sin parar las ramas y hojas en busca de alimento. Cuanto más grandes son mayor número de insectos consumen. Dentro de esta segunda fase observamos todo su ciclo larvario (L1,L2,L3,L4). Pasarán de medir apenas milímetros en su etapa L1 a casi dos centímetros en su última etapa L4. Como curiosidad destacar que el poder depredador de las larvas les provoca el canibalismo con sus iguales. Son capaces de comerse unas a otras ante la ausencia de alimento.
- Tercera fase: Se produce cuando la larva entra en su etapa de pupa. Para ello queda fijada por su parte trasera en el envés de hojas y ramas. Enrollándose sobre si misma sufre una transformación que durará unos diez días. Su capa exterior se seca y en su interior se va formando la mariquita adulta. Es en esta parte del ciclo de la mariquita cuando son más vulnerables al ataque de sus depredadores dado que quedan inmóviles e inertes sin ninguna defensa. El tiempo que tarda en pupar con una media de 22ºC es de una semana a diez días. Observaremos en este proceso como la pupa empieza a moverse dando pequeñas sacudidas. Indicativo infalible de que el nuevo ejemplar ya viene a la vida.
- Cuarta fase: El nacimiento de la mariquita se produce en la cuarta y última fase. Una vez la pupa abre, la jóven Coccinella Septempunctata saldrá de su interior sin llegar todavía a tener su aspecto final. Serán pasadas unas horas cuando perderá ese color vivo amarillento de recién nacida. Obteniendo un color anaranjado que ya nos dejará diferenciarle sus siete puntos negros tan característicos. Al mismo tiempo acabará de formar sus alas estirándolas para secarlas y poder volar. Cuando entrar en la madurez al cabo de un par de meses adquieren ese color rojizo que ya és indicativo de que han llegado a su etapa adulta. Lamentablemente la vida de la mariquita es muy corta. Dura sólo un año. Serán las nacidas entre primavera y verano las encargadas de hibernar durante el invierno. Como los osos, nuestras simpáticas amigas consumirán sus reservas de grasa durante su inactividad invernal.
Abejorros (Género Bombus)
Los abejorros (género Bombus) son himenópteros de la familia Apidae. Son insectos robustos, con el cuerpo recubierto de un vello sedoso cuyo color varía según las especies, pudiendo ser totalmente negros, o estar atravesados por bandas amarillas, blancas, naranjas o rojizas. Tienen una cabeza pequeña y estrecha, con una lengua corta y unas antenas con función táctil y olfativa. Poseen un tórax muy corto, en el que se insertan dos pares de alas membranosas, y tres pares de patas. En el tercer par de patas tienen una concavidad donde van acumulando el polen que recogen para transportarlo al nido. Las hembras (reinas y obreras), tienen un aguijón retráctil al final del abdomen que utilizan como arma de defensa.
Los abejorros son eusociales, es decir, su comportamiento se caracteriza por la diferenciación de los individuos en castas, la cooperación en el cuidado de la cría, y el solapamiento de generaciones. Tras emerger, la reina comienza a alimentarse y comienza a buscar un sitio adecuado para construir su nido, normalmente en agujeros en el suelo, madrigueras de roedores abandonadas o huecos en árboles. Una vez elegido el nido, comienza a recolectar polen y néctar de las flores cercanas, y los almacena en el nido. Unos días después, emergen pequeñas larvas blanquecinas, que se alimentan del polen y néctar recolectado por la reina. Después de unas semanas estas larvas hacen un capullo en el que se transformarán en adultos. A partir de este momento, la reina permanecerá en el interior del nido, dedicada exclusivamente a poner huevos. En las semanas siguientes emergerán decenas de obreras, y poco después el crecimiento de la población será exponencial, pudiendo alcanzar varias centenas.
Normalmente los machos dejan el nido primero, y pasan su tiempo alimentándose de néctar y compitiendo con otros machos por aparearse. Poco después las hembras también dejan el nido para aparearse con los machos en el denominado vuelo nupcial. Posteriormente, las hembras fecundadas se alimentan de grandes cantidades de polen y néctar, para tener suficientes reservas para sobrevivir a la hibernación, y buscan un lugar bajo tierra donde pasar el invierno. Estas reinas jóvenes fecundadas son las únicas que sobreviven a la estación fría, y emergerán en la siguiente primavera para fundar una nueva colonia.