Un equip d’investigació liderat per l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE) ha descobert el mecanisme molecular que s’amaga darrere la misteriosa transició a la vida adulta de les efímeres. Publicat a la revista PNAS, l’estudi revela que les efímeres muden un cop més després de la metamorfosi per tal d’arribar a la maduresa sexual i reproduir-se eficaçment durant les seves darreres hores de vida. El descobriment de com assoleix la vida adulta aquest singular insecte podria ajudar en l’estudi dels ecosistemes fluvials, atès que les efímeres proporcionen un bon bioindicador del seu estat, i contribuir a desxifrar les claus de l’èxit evolutiu dels insectes.

Les efímeres són uns insectes d’uns pocs mil·límetres que passen la vida nimfal a l’aigua dolça, i la vida adulta a l’aire. Són conegudes per la seva curta vida adulta, que no sol arribar a les 24 hores, d’on deriva el nom del grup (del grec ephemeros, efímer, que dura poc). Durant aquest breu estadi adult, o imago, les efímeres viuen a l’aire i volen sincronitzades en centenars, i és enmig d’aquest ritual que els mascles han d’atrapar i fecundar les femelles al vol. Després, les femelles fecundades posen els ous al riu. Tot i la seva brevíssima fase adulta, abans, les efímeres passen com a nimfes aquàtiques entre uns quants mesos i quatre anys dins de l’aigua, respirant per brànquies.

Una altra peculiaritat que ha fascinat a la comunitat científica és que les efímeres muden com a insectes alats després de concloure la metamorfosi, a diferència de la resta d’insectes voladors actuals, que majoritàriament pertanyen al grup dels neòpters. Les efímeres pertanyen als paleòpters, el grup d’insectes alats més antic que ha arribat a dia d’avui, i travessen la fase anomenada subimago, que és intermèdia entre la forma de nimfa i la d’adult. Tot i ser una fase alada, el subimago encara no pot reproduir-se, i fins ara no es sabia molt bé quin era el seu sentit biològic.

Ara, un equip d’investigació liderat per l’Institut de Biologia Evolutiva (IBE), un centre del Consell Superior d’Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Pompeu Fabra (UPF), ha descobert que les efímeres muden durant la fase subimago després de la metamorfosi per a arribar a la maduresa sexual i reproduir-se eficaçment durant les seves darreres hores de vida. L’equip ha identificat que la metamorfosi de les efímeres comparteix els mecanismes genètics que ja havien estat descrits per als més moderns neòpters. L’estudi, amb participació d’investigadors del Centre Andalús de Biologia del Desenvolupament (CABD), del Consell Superior d’Investigacions Científiques i la Universitat Pablo de Olavide, també revela que les potes anteriors de les efímeres creixen de manera espectacular entre el subimago i l’adult, la qual cosa facilita al mascle atrapar a la femella al vol i culminar la reproducció durant la seva brevíssima vida adulta.

Una vida adulta efímera i més complexa del que semblava

Els col·laboradors de l’estudi, Isabel Almudí i Fernando Casares, del CABD, van aconseguir establir per primera vegada un cultiu continu d’efímeres al laboratori, i aquest va permetre estudiar després com es regula la metamorfosi. Aquest pas ha estat clau per a establir la identitat del subimago (seria una primera fase de l’estadi adult) i esbrinar quin sentit adaptatiu té. “Ara sabem que aquesta fase intermèdia permet fer créixer totes les estructures adultoides fins a la mida ideal funcional” comenta Xavier Bellés, investigador principal de l’IBE al laboratori d’Evolució de la metamorfosi dels insectes i responsable de l’estudi.

“Al CABD vam aconseguir que els insectes es reproduïssin al laboratori mitjançant la còpula forçada. Vam criar nimfes en aquaris fins que van entrar en la fase de subimago. Un cop sortien de la muda, ja en la seva forma adulta, vam aconseguir propiciar la fertilització subjectant un mascle i una femella i fent-los fregar per l’abdomen fins que es produïa la còpula. Després, la femella desenvolupa internament els ous i quan arriba el moment de l’eclosió de les nimfes filles, les diposita a l’aigua”, descriu Almudí.

L’equip ha comprovat que durant la fase de subimago, les efímeres desenvolupen la forma final de les seves ales i assoleixen la maduresa sexual. D’altra banda, entre l’últim estadi nimfal, el subimago i l’adult les potes anteriors multipliquen fins a vuit vegades la seva mida, per a facilitar al mascle que pugui atrapar una femella al vol i copular.

“En una fase no seria possible, ni mecànicament ni energèticament, concloure aquest creixement extraordinari de determinades parts del cos, en particular les potes”, comenta Orathai Kamsoi, primera autora de l’estudi i anteriorment estudiant de doctorat a l’IBE. “Amb aquesta fase intermèdia, el subimago, les efímeres aconsegueixen desenvolupar unes potes anteriors que fan possible la seva acrobàtica reproducció”.

La metamorfosi regula el desenvolupament de les efímeres

Arran de la seva recerca, l’equip ha pogut confirmar que les efímeres conserven el mateix mecanisme molecular que inicia la metamorfosi als més moderns neòpters. L’estudi apunta a que el mecanisme de la metamorfosi ja es trobava present en els primitius paleòpters, i es va conservar tot i les adaptacions extremes que han experimentat les efímeres durant la seva llarga història.

“Les efímeres s’han adaptat a tenir una vida juvenil aquàtica llarga, seguida d’un estadi adult molt curt, de no més de dues setmanes en el millor dels casos. Tot i això, ara sabem que tenen els mateixos mecanismes reguladors de la metamorfosi que els neòpters”, comenta Casares.

“Aquesta troballa apunta a que el mecanisme responsable de la metamorfosi, el que es coneix com via MEKRE93, és encara més antic del que ens pensàvem, doncs es trobaria en els primers insectes alats, fa uns 400 milions d’anys, que després es dividirien en paleòpters i neòpters”, afegeix Bellés.

El descobriment de com viu i es desenvolupa aquest singular insecte podria ajudar en l’estudi dels ecosistemes fluvials, ja que les efímeres proporcionen un molt bon bioindicador del seu estat i de la qualitat de les aigües.

L’estudi ha rebut finançament del Ministeri d’Economia i Competitivitat, del Govern Català i del FEDER, entre d’altres.

Article referenciat: Kamsoi,O, Ventos-Alfonso A, Almudi I, Casares F, Belles X; Regulation of metamorphosis in neopteran insects is conserved in the paleopteran Cloeon dipterum (Ephemeroptera); PNAS, 2021. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2105272118

Comunicació IBE, UPF-CSIC

Algunos de los arrecifes de coral más antiguos del Mediterráneo empezaron a formarse hace 400.000 años