Oídos increíbles: El extraño mundo del oído de los insectos

En una pequeña sala sin ventanas en un sofocante día de verano, me encuentro cara a cara con una estrella del rock entomológico. Estoy en la Universidad de Lincoln, en el este de Inglaterra, dentro de un insectario, una sala llena de tanques y frascos con plantas de plástico e insectos adormilados. Antes de que me dé cuenta, me presentan un katídido de color verde vibrante procedente de Colombia.

«Te presento a Copiphora gorgonensis», dice Fernando Montealegre-Z, descubridor de esta celebridad de seis patas. El nombre es familiar: se ha difundido por todo el mundo junto con fotos de la cara dorada del insecto y el cuerno de unicornio en miniatura. Sin embargo, el renombre de este katídido no se basa en su aspecto, sino en su oído. Los meticulosos estudios de Montealegre-Z sobre este magnífico insecto revelaron que tiene unos oídos increíblemente parecidos a los nuestros, con versiones entomológicas de tímpanos, huesecillos y cócleas que le ayudan a captar y analizar los sonidos.

Los kátidos -hay miles de especies- tienen las orejas más pequeñas de todos los animales, una en cada pata delantera justo debajo de la «rodilla». Pero su pequeño tamaño y su aparentemente extraña ubicación ocultan la sofisticada estructura y las impresionantes capacidades de estos órganos: detectar los chasquidos ultrasónicos de los murciélagos cazadores, captar los cantos característicos de posibles parejas y buscar la cena. Un katídido australiano ha aprovechado su capacidad auditiva para capturar a sus presas de una forma muy retorcida: Atrae a las cigarras macho a una distancia de ataque imitando la parte femenina del dúo de apareamiento de las cigarras, un truco que requiere que reconozca complejos patrones de sonido y que sepa exactamente cuándo intervenir.

¿Asombroso? Absolutamente. ¿Inesperado? También. Nunca había pensado mucho en los oídos de los insectos hasta ahora. Los ojos y las antenas de los insectos destacan, pero ¿las orejas? Incluso los ojos de águila podrían ser perdonados por preguntarse si los insectos los tienen. Sin embargo, es evidente que algunos deben oír: El aire del verano está lleno de trinos, chirridos y chasquidos de grillos y saltamontes enamorados, cigarras y katydids, todos tratando de atraer a una pareja.

Curiosidad despertada, llamo al neurobiólogo Martin Göpfert de la Universidad de Göttingen en Alemania, que estudia la audición en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster. Aunque los oídos del katídido son asombrosos, me dice, son sólo uno de los muchos con capacidades sorprendentes: La evolución ha hecho tantos intentos de dar forma a las orejas que el resultado es una enorme diversidad de estructuras y mecanismos. La mayoría son difíciles de detectar, si no invisibles, y en muchos casos los insectos producen y perciben sonidos tan alejados de nuestro alcance que pasamos por alto sus capacidades por completo. Pero con la llegada de nuevas herramientas y tecnologías, cada vez salen más ejemplos a la luz.

Biólogos sensoriales, expertos en acústica y genetistas están trabajando juntos para determinar cómo funcionan, cómo y cuándo evolucionaron y por qué. Y gracias a algunos de estos nuevos conocimientos, y a un surtido de insectos fósiles, existe incluso la tentadora perspectiva de poder escuchar a escondidas el antiguo pasado, añadiendo una nueva dimensión a nuestra comprensión de la vida y los tiempos de algunos animales desaparecidos hace tiempo.

Cuando los insectos aparecieron por primera vez hace unos 400 millones de años, eran sordos, me dice Göpfert. Estos insectos ancestrales pasaron a diversificarse en más de 900.000 especies, y aunque la mayoría siguen siendo tan sordos como sus antepasados, algunos obtuvieron los medios para oír. De los 30 principales órdenes de insectos, nueve (en el último recuento) incluyen algunos que oyen, y la audición ha evolucionado más de una vez en algunos órdenes: al menos seis veces entre las mariposas y las polillas. Las 350.000 especies del grupo más diverso, los escarabajos, son casi todas sordas, pero las pocas que tienen oído lo adquirieron a través de dos líneas evolutivas distintas. En total, las orejas de los insectos surgieron más de 20 veces, una receta segura para la variedad.

Orejas, allí y en todas partes

La ubicación es la diferencia más evidente entre las orejas de un insecto y las de otro: Hay orejas en las antenas (mosquitos y moscas de la fruta), en las patas delanteras (grillos y katídidos), en las alas (crisopas), en el abdomen (cigarras, saltamontes y langostas) y en lo que pasa por «cuello» (moscas parásitas). En las polillas y mariposas, las orejas aparecen prácticamente en cualquier parte, incluso en las piezas bucales. El saltamontes de la vejiga tiene abundantes orejas con seis pares a lo largo de los lados de su abdomen. Las mantis religiosas tienen una única oreja «ciclópea» en el centro del pecho.

Este enfoque de «en cualquier lugar» puede parecer un poco extraño, pero hay una explicación sencilla: En todos los casos en los que evolucionó un oído de insecto, el punto de partida fue un órgano sensorial ya existente: un detector de estiramiento que monitoriza pequeñas vibraciones cuando se mueven los segmentos corporales vecinos. Esos detectores se encuentran en todo el cuerpo del insecto, pero la evolución suele modificar sólo un par -al parecer, casi cualquier par- para percibir las vibraciones del aire generadas por el sonido.

A partir de ahí, cada nuevo intento de forjar oídos fue más allá en su propia dirección, ya que otras estructuras fueron cooptadas y reconfiguradas para captar, amplificar y filtrar el sonido, extraer la información relevante y transmitirla al sistema nervioso. En los mosquitos y las moscas de la fruta, el sonido hace temblar los finos pelos de las antenas. La mayoría de los demás insectos con capacidad auditiva tienen «tímpanos»: finos parches membranosos de exoesqueleto que vibran cuando chocan las ondas sonoras. Algunos tímpanos están respaldados por cámaras acústicas llenas de aire, otros por otras llenas de líquido. El número y la disposición de las células sensoriales que detectan y descodifican esas vibraciones -y las neuronas que envían las señales al cerebro- también varían de una oreja a otra. Así, mientras que algunas orejas de polilla funcionan con sólo una o dos neuronas (lo que hace que las polillas sean las más rápidas en responder), la oreja de un mosquito macho tiene alrededor de 15.000 (lo que la hace exquisitamente sensible).

Algunas orejas son relativamente simples; otras tienen campanas y silbatos adicionales relacionados con su estilo de vida. Por ejemplo, la mosca parásita Ormia ochracea, que deposita sus larvas en una especie concreta de grillo tras identificarla y localizarla por su llamada característica. Las orejas de la mosca están situadas una al lado de la otra en su «cuello» y, en teoría, están demasiado juntas para localizar su objetivo. Sin embargo, se llevan el premio a la precisión en la localización, gracias a una banda elástica que conecta los tímpanos para que se balanceen hacia arriba y hacia abajo como un balancín, asegurando que el sonido llegue a un oído fraccionadamente más tarde que al otro.

Las orejas de los cátides, como demostraron tan pulcramente Montealegre-Z y sus colegas, son únicas tanto por su complejidad como por su similitud con las de los mamíferos. Utilizando un escáner micro-CT, los científicos reconstruyeron todo el sistema auditivo del insecto, descubriendo en el proceso dos órganos previamente desconocidos. El primero es una pequeña placa dura detrás de los tímpanos; el segundo, un tubo lleno de líquido que contiene una línea de células sensoriales. Gracias a una minuciosa investigación que incluyó la proyección de láseres en el tímpano y la grabación de la luz que rebotaba, el equipo demostró que la pequeña placa transmite las vibraciones del tímpano del insecto al fluido del tubo, la misma función que desempeñan los huesos de nuestro oído medio. La señal viaja entonces en forma de onda a lo largo del tubo y sobre las células sensoriales sintonizadas con diferentes frecuencias, lo que convierte a este órgano en una versión en miniatura y desenrollada de nuestra propia cóclea en forma de caracol.

El equipo ha demostrado ahora por qué las hembras de los katídidos son tan buenas para encontrar pareja en la oscuridad, a pesar de que sus orejas están muy juntas (no tanto como las del parásito Ormia, pero lo suficientemente cerca como para que localizar el sonido sea un reto considerable). Nuestros propios oídos se encuentran a ambos lados de nuestras (grandes) cabezas y están lo suficientemente separados como para que un sonido les llegue en momentos y con una intensidad lo suficientemente diferentes como para que el cerebro pueda calcular y localizar la fuente.

Los kátidos resolvieron el problema (de nuevo, de forma única) ampliando un tubo respiratorio que va desde un poro en el lateral del tórax hasta la rodilla; el sonido llega a los tímpanos tanto desde el exterior del cuerpo como desde el interior a través del tubo. Montealegre-Z y sus colegas demostraron que el sonido viaja por esta ruta interior y posterior más lentamente, de modo que cada sonido llega al tímpano dos veces, pero en momentos ligeramente diferentes, lo que mejora drásticamente la capacidad del insecto para localizar la fuente.

Los extraordinarios oídos del katídido aún no han revelado todos sus secretos, y el equipo de Montealegre-Z intenta ahora precisar cómo los receptores de la versión de la cóclea de los insectos captan las diferentes frecuencias. La estrella de este estudio es Phlugis poecila, un katídido «de cristal» llamado así por su cutícula exterior transparente, una característica que permite al equipo grabar y medir los procesos a medida que se producen. «Podremos observar la audición en funcionamiento y ver procesos nunca antes vistos», dice Montealegre-Z.

Si la forma en que los insectos oyen varía enormemente, también lo hace lo que oyen. Los oídos de los mosquitos alcanzan tal vez un metro; el saltamontes de la vejiga de múltiples orejas puede oír a un kilómetro o más de distancia. Los oídos de los grillos detectan frecuencias bajas; los de las mantis y las polillas están sintonizados con los ultrasonidos, mucho más allá de lo que pueden oír los humanos (o sus perros). Y otros, como los de los katídidos, tienen una audición de banda ancha. «Los insectos sólo oyen lo que necesitan oír», dice Göpfert. «Y la evolución les proporcionó lo necesario».

¿Pero qué llevó a la evolución a convertir los receptores de estiramiento en oídos en primer lugar, y así traer el sonido al mundo de los insectos? Esa es una pregunta que todavía está en la mente de muchos entomólogos. Una guía razonable es cómo los insectos utilizan sus oídos hoy en día, pero es sólo una guía, ya que un oído adquirido originalmente para un propósito podría haber sido fácilmente cooptado a lo largo de los eones para servir a otro. Una cosa es cierta: A medida que los biólogos investigan más grupos de insectos con mayor detalle, algunas nociones largamente sostenidas pueden morder el polvo.

Un oído para el peligro

En los insectos modernos, una de las principales funciones de los oídos es escuchar la aproximación de un depredador a tiempo para actuar y evitarlo. Para los insectos que vuelan de noche, la mayor amenaza proviene de los murciélagos insectívoros que detectan y rastrean a sus presas con un sonar ultrasónico, por lo que su oído está sintonizado con las frecuencias de los chasquidos de ecolocalización de los murciélagos. Los insectos responden entonces con movimientos característicos para escapar del haz del sonar: giros bruscos, bucles, inmersiones en el aire. Algunas polillas tigresas incluso interfieren en el sonar de los murciélagos con sus propios chasquidos. Los experimentos han demostrado que los oídos que detectan los murciélagos mejoran drásticamente las posibilidades de que un insecto sobreviva a un ataque: En un estudio, las mantis escaparon al 76% de los ataques de los murciélagos, pero esa cifra se redujo al 34% cuando se les ensordeció.

Si la depredación es un poderoso motor de la evolución, también lo es el sexo. Y el sonido es una forma eficiente para que un insecto se identifique ante posibles parejas: El sonido viaja bien, funciona en la oscuridad y proporciona los medios para desarrollar cantos característicos y comunicaciones privadas que nadie más puede oír.

Entonces, ¿sexo exitoso o supervivencia? ¿Qué hay detrás de las orejas de quién?

En algunos casos, los investigadores están razonablemente seguros. Las cigarras parecen haber evolucionado el oído con fines de apareamiento: Sólo las especies que cantan tienen orejas y son sensibles sólo a sus propios cantos de tono bajo. Para las polillas, los murciélagos fueron el detonante. Los lepidópteros existen desde hace unos 150 millones de años, pero ninguna polilla tenía oídos antes de que los murciélagos ecolocalizadores entraran en escena hace unos 60 millones de años. Y muchas de las polillas con orejas son sensibles sólo a las frecuencias empleadas por sus murciélagos locales, lo que constituye una prueba fehaciente de que las orejas evolucionaron como detectores de murciélagos.

¿Qué hacer, sin embargo, con la mantis, dueña del oído ciclópeo? En la actualidad, las mantis parecen utilizar sus orejas exclusivamente como detectores de murciélagos. Pero los entomólogos disponen ahora de gran cantidad de datos sobre la variada anatomía de las orejas de las mantis y de un preciso árbol genealógico de las mantis basado en el ADN, a partir del cual rastrearon la oreja original de las mantis. Pertenecía a una especie que vivió hace 120 millones de años, bastante antes que esos murciélagos guiados por el sonar. Cada vez hay más pruebas de que otros depredadores, además de los murciélagos, podrían haber impulsado la evolución de sus orejas y las de algunos otros insectos, tal vez reptiles, o aves, o los primeros mamíferos. Los animales que se mueven entre la maleza, repiquetean sobre las rocas o se posan en una rama frondosa rara vez son silenciosos. Los ruidos que hacen incluyen elementos audibles y ultrasónicos.

Las aves voladoras, que existen desde hace 150 millones de años, se consideran cada vez más como contendientes. En una investigación pionera, unos biólogos canadienses grabaron los sonidos generados por el batir de las alas de los carboneros y los abejas orientales mientras se acercaban a sus presas, y descubrieron que el batir de las alas incluía una amplia gama de frecuencias que los insectos pueden detectar, desde sonidos graves audibles para las cigarras, las mariposas y los saltamontes, hasta sonidos ultrasónicos captados por polillas y mantis.

¿Y qué hay de los katídidos, poseedores de los oídos más antiguos de todos? Los katídidos modernos utilizan sus oídos para comunicarse y como detectores de murciélagos. Pero el aparato de producción de sonido de los katídidos puede rastrearse a través del registro fósil hasta un tipo de ancestro temprano que vivió hace 250 millones de años, mucho antes que los murciélagos. Así que la teoría predominante hasta ahora ha sido que la evolución de las orejas de los katídidos dio algunos giros. La función inicial de las orejas era permitir que los katídidos se escucharan unos a otros, y más tarde, según la teoría, esas orejas fueron cooptadas para servir como detectores de murciélagos. Esto llevó a la ampliación de su audición desde el rango audible (por debajo de los 20 kHz) hasta el ultrasónico (más allá del alcance de los oídos humanos) – y eso, a su vez, permitió la evolución de los cantos más complejos y agudos que los katídidos presentan hoy en día. En la actualidad, sólo una minoría de los katídidos canta en el rango audible, mientras que alrededor del 70% tiene cantos ultrasónicos y unos pocos tienen cantos extraordinariamente agudos. El poseedor del récord, hasta ahora, es el recientemente descubierto Supersonus aequoreus, que canta a unos asombrosos 150 kHz.

¿Pero es esa historia correcta? Para llegar a la respuesta, los científicos necesitaban saber qué oían los katídidos en un pasado lejano, y eso significaba observar de cerca los fósiles de katídidos. Los oídos fosilizados no son en sí mismos muy informativos: Son raros y su estructura es difícil de distinguir. Pero hay otra forma de llegar a la audición: a partir de la anatomía detallada del aparato productor de sonido de las alas de los katídidos fosilizados. «Esas estructuras son mucho más grandes y claras, y podemos usarlas para recrear el sonido que hacían con mucha precisión», dice Montealegre-Z, y a partir de ahí, inferir lo que debían oír los katídidos.

Explosión del pasado

En 2012, Montealegre-Z y su colega experto en bioacústica Daniel Robert, de la Universidad de Bristol, fueron noticia cuando usaron este enfoque para reconstruir el canto de un katídido de la época jurásica, un sonido que no se había escuchado en 165 millones de años. Lo que lo hizo posible fue el descubrimiento de un katydid fósil chino con alas casi perfectamente conservadas. El Archaboilus musicus, como se ha bautizado a este insecto extinto, habría «cantado» canciones musicales a frecuencias en torno a los 6,4 kHz, sonando más como un grillo que como un katídido moderno. Esto encaja perfectamente con la historia de que los katídidos desarrollaron por primera vez el oído para comunicarse.

Desde entonces, sin embargo, el equipo ha estado estudiando más katídidos fósiles, y lo que están encontrando sugiere que la teoría podría necesitar una revisión. Parece que algunos katídidos antiguos utilizaban los ultrasonidos mucho antes de que existieran los murciélagos, dice Montealegre-Z. Los katídidos también oyen una gama de frecuencias mucho más amplia de la que necesitarían para oírse a sí mismos. En su opinión, esto sugiere que sus oídos no evolucionaron primero para cantar, sino, al igual que las mantis, para la autopreservación. «Creo que sus oídos evolucionaron para oír a los depredadores», me dice. «Los depredadores emiten una diversidad de sonidos, por lo que los oídos deben ser capaces de distinguirlos».

Si estudios como éste están ayudando a desentrañar la historia evolutiva de la audición de los insectos, también prometen algo más: la oportunidad de espiar el antiguo pasado y obtener nuevos conocimientos sobre el comportamiento de los insectos. También me han hecho esperar con impaciencia el próximo verano y la oportunidad de explorar la rica vida de los insectos de las suaves colinas de tiza de los alrededores con nuevos ojos, y oídos, sobre todo oídos.

En verano, el aire de las colinas de Sussex se llena de una sinfonía de sonidos de insectos cuando los saltamontes y los katídidos gorjean, zumban y chasquean en su búsqueda del amor. Si pongo mis oídos al límite, tal vez sea capaz de distinguir el traqueteo de máquina de coser de un gran katídido verde o el suave silbido de una cabeza de cono, y si tengo mucha suerte, tal vez incluso los rápidos chasquidos del mordedor de verrugas, el katídido más raro del Reino Unido. Pero, ¿cuánto más me voy a perder? Daría mucho por tener unos oídos capaces de captar los cantos y sonidos que los científicos están reconstruyendo, pero que sólo los insectos pueden escuchar.