Las efímeras son unos insectos de unos pocos milímetros que pasan la vida ninfal en el agua dulce, y la vida adulta en el aire. Son conocidas por su corta vida adulta, que no suele llegar a las 24 horas, de donde deriva el nombre del grupo (del griego ephemeros, efímero, que dura poco). Durante este breve estadio adulto, o imago, las efímeras viven en el aire y vuelan sincronizadas en centenares, y es en medio de este ritual que los machos tienen que atrapar y fecundar a las hembras al vuelo. Después, las hembras fecundadas ponen los huevos en el río. Pese a su brevísima fase adulta, antes las efímeras pasan como ninfas acuáticas entre unos cuantos meses y cuatro años dentro del agua, respirando por branquias.

Otra peculiaridad que ha fascinado a la comunidad científica es que las efímeras mudan como insectos alados después de concluir la metamorfosis, a diferencia del resto de insectos voladores actuales, que mayoritariamente pertenecen al grupo de los neópteros. Las efímeras pertenecen a los paleópteros, el grupo de insectos alados más antiguo que ha llegado a día de hoy, y atraviesan la fase llamada subimago, que es intermedia entre la forma de ninfa y la de adulto. A pesar de ser una fase alada, el subimago todavía no puede reproducirse, y hasta ahora no se sabía muy bien cuál era su sentido biológico.

Ahora, un equipo de investigación liderado por el Instituto de Biología Evolutiva (IBE), un centro del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Pompeu Fabra (UPF), ha descubierto que las efímeras mudan durante la fase subimago después de la metamorfosis para llegar a la madurez sexual y reproducirse eficazmente durante sus últimas horas de vida. El equipo ha identificado que la metamorfosis de las efímeras comparte los mecanismos genéticos que ya habían sido descritos para los más modernos neópteros. El estudio, con participación de investigadores del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD), del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universidad Pablo de Olavide,  también revela que las patas anteriores de las efímeras crecen de manera espectacular entre el subimago y el adulto, lo cual facilita al macho atrapar a la hembra al vuelo y culminar la reproducción durante su brevísima vida adulta.

Una vida adulta efímera y más compleja de lo que parecía

Los colaboradores del estudio, Isabel Almudí y Fernando Casares, del CABD, consiguieron establecer por primera vez un cultivo continuo de efímeras en el laboratorio, y esto permitió estudiar después como se regula la metamorfosis. Este paso ha sido clave para establecer la identidad del subimago (sería una primera fase del estadio adulto) y averiguar qué sentido adaptativo tiene. "Ahora sabemos que esta fase intermedia permite hacer crecer todas las estructuras adultoides hasta la medida ideal funcional", comenta Xavier Bellés, investigador principal del IBE en el laboratorio de Evolución de la metamorfosis de los insectos y responsable del estudio.

"En el CABD conseguimos que los insectos se reprodujeran en el laboratorio mediante la cópula forzada. Criamos ninfas en acuarios hasta que entraron en la fase de subimago. Una vez salían de la muda ya en su forma adulta, conseguimos propiciar la fertilización sujetando un macho y una hembra y haciéndolos frotar el abdomen hasta que se producía la cópula. Después, la hembra desarrolla internamente los huevos y cuando llega el momento de la eclosión de las ninfas hijas, las deposita en el agua", describe Almudí.

El equipo ha comprobado que durante la fase de subimago, las efímeras desarrollan la forma final de sus alas y alcanzan la madurez sexual. Por otro lado, entre el último estadio ninfal, el subimago, y el adulto las patas anteriores multiplican hasta ocho veces su tamaño, para facilitar al macho que pueda atrapar una hembra al vuelo y copular.

"En una fase no sería posible, ni mecánicamente ni energéticamente, concluir este crecimiento extraordinario de determinadas partes del cuerpo, en particular las patas", comenta Orathai Kamsoi, primera autora del estudio y anteriormente estudiante de doctorado en el IBE. "Con esta fase intermedia, el subimago, las efímeras consiguen desarrollar unas patas anteriores que hacen posible su acrobática reproducción".

La metamorfosis regula el desarrollo de las efímeras

A raíz de su investigación, el equipo ha podido confirmar que las efímeras conservan el mismo mecanismo molecular que inicia la metamorfosis en los más modernos neópteros. El estudio apunta a que el mecanismo de la metamorfosis ya se encontraba presente en los primitivos paleópteros, y se conservó pese a las adaptaciones extremas que han experimentado las efímeras durante su larga historia.

"Las efímeras se han adaptado a tener una vida juvenil acuática larga, seguida de un estadio adulto muy corto, de no más de dos semanas en el mejor de los casos. Aun así, ahora sabemos que tienen los mismos mecanismos reguladores de la metamorfosis que los neópteros", comenta Casares.

"Este hallazgo apunta a que el mecanismo responsable de la metamorfosis, el que se conoce como vía MEKRE93, es todavía más antiguo de lo que pensábamos, pues se encontraría en los primeros insectos alados, hace unos 400 millones de años, que después se dividirían en paleópteros y neópteros", añade Bellés.

El descubrimiento de cómo vive y se desarrolla este singular insecto podría ser de ayuda en el estudio de los ecosistemas fluviales, pues las efímeras proporcionan un muy buen bioindicador de su estado y de la calidad de las aguas.

El estudio ha recibido financiación del Ministerio de Economía y Competitividad, del Gobierno Catalán y del FEDER, entre otros.

Artículo referenciado: 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