Científicos crean impresionantes modelos 3D de hormigas con un acelerador

Un equipo de investigadores desarrolló un sistema de alta tecnología que permitió escanear rápidamente hormigas y convertirlas en detallados modelos 3D. Utilizando un acelerador de partículas, imágenes de rayos X, robótica y inteligencia artificial, lograron escanear 2,000 especímenes en solo una semana, produciendo modelos de 800 especies. Las imágenes obtenidas revelaron anatomía microscópica que antes era difícil de estudiar. La creciente base de datos denominada Antscan podría convertirse en una poderosa biblioteca digital de biodiversidad.

Durante más de diez años, el laboratorio de Evan Economo se había basado en escáneres de micro CT para obtener imágenes de especímenes de insectos, una técnica que permite examinar la estructura física de los insectos, un área de investigación conocida como morfología. Aunque esta técnica proporciona datos 3D extremadamente detallados, es costosa y lenta. "Una limitación es que se puede obtener este rico conjunto de datos 3D, pero puede llevar 10 horas escanear un solo espécimen", explicó Economo, quien es presidente del Departamento de Entomología de la Universidad de Maryland.

En un estudio publicado en la revista Nature Methods el 5 de marzo de 2026, Economo y sus colegas probaron un nuevo enfoque diseñado para acelerar drásticamente el proceso. El proyecto reunió a investigadores liderados por Economo y Thomas van de Kamp del Karlsruhe Institute of Technology en Alemania. Su equipo combinó un acelerador de partículas de sincrotrón, imágenes de rayos X, robótica e inteligencia artificial para generar reconstrucciones digitales interactivas que representan 800 especies de hormigas.

Estas tecnologías permitieron a los científicos escanear los especímenes mucho más rápido y convertir los datos de imágenes en modelos 3D detallados. "Hemos estimado que si lleváramos a cabo este proyecto con un escáner CT de laboratorio, tomaría seis años de operación continua", dijo Julian Katzke, primer autor del estudio y graduado del laboratorio de Economo en el Okinawa Institute of Science and Technology en Japón. "Con el sistema en KIT, escaneamos 2,000 especímenes en una sola semana".

El esfuerzo, conocido como Antscan, podría guiar futuros proyectos de digitalización a gran escala para muchos tipos de organismos. Los datos en bruto utilizados para construir los modelos están disponibles públicamente para su descarga, y un visor integrado permite a los usuarios explorar las hormigas 3D completadas en línea. "El valor de este estudio no se trata solo de hormigas, es mucho más amplio", afirmó Economo. "Cuando los especímenes son digitalizados, podemos construir bibliotecas de organismos que pueden facilitar su uso en laboratorios científicos, aulas y estudios de Hollywood".

Construyendo una Biblioteca Digital de Biodiversidad de Hormigas

Para ensamblar este extenso archivo digital, el equipo de investigación reunió especímenes de hormigas preservados en etanol de museos, instituciones asociadas y especialistas de todo el mundo. Después de organizar las muestras por especie y casta, los especímenes fueron transportados a KIT para imágenes de micro CT de alto rendimiento. El método funciona de manera similar a los escáneres CT médicos, pero con una magnificación mucho mayor.

En la instalación, un acelerador de partículas de sincrotrón generó un intenso haz de rayos X capaz de escanear muchos especímenes rápidamente. Un cambiador de muestras robótico manejó los insectos durante el proceso, rotando cada espécimen y reemplazándolo con el siguiente cada 30 segundos. Este flujo de trabajo rápido produjo pilas de imágenes 2D que los investigadores combinaron posteriormente para crear modelos 3D completos.

Inicialmente, los escaneos capturaron hormigas en posiciones torcidas o incómodas. Estas poses distorsionadas estaban lejos de los modelos realistas que los científicos deseaban producir. Para abordar este problema, estudiantes de la Universidad de Maryland comenzaron a desarrollar herramientas de IA que automatizan la "estimación de pose". La tecnología ajusta las imágenes escaneadas para que las hormigas aparezcan en posiciones naturales, similares a cómo se verían en la naturaleza.

Los modelos de Antscan resultantes revelan detalles internos como músculos, sistemas nerviosos, órganos digestivos y aguijones con resolución a nivel de micrómetro. Estas hormigas digitales también pueden ser animadas o colocadas en entornos de realidad virtual para investigación científica, educación o entretenimiento. "Hacer esto manualmente habría tomado años, así que sin estas herramientas computacionales, básicamente nunca se habría logrado", afirmó Economo.

Datos de Antscan Impulsan Nueva Investigación

La creciente base de datos de Antscan ya ha demostrado ser útil para estudios científicos. Economo también fue autor senior en un artículo publicado en la revista Science Advances el 19 de diciembre de 2025. En esa investigación, los científicos utilizaron datos de Antscan para investigar si las colonias de hormigas se benefician más de tener muchos trabajadores más pequeños o de menos individuos con cuerpos más fuertes.

El equipo examinó las relaciones entre el volumen de cutícula, el tamaño de la colonia y la diversificación evolutiva en más de 500 especies de hormigas. La cutícula forma la capa exterior protectora del exoesqueleto de una hormiga. Dado que producirla requiere nitrógeno y otros minerales, una armadura más gruesa representa una mayor inversión de recursos para cada hormiga individual.

Su análisis reveló una fuerte correlación negativa entre el volumen de cutícula y el tamaño de la colonia. En otras palabras, las colonias que invierten menos en armaduras gruesas pueden ser capaces de soportar más trabajadores, lo que potencialmente les permite crecer más y diversificarse con mayor éxito. Antscan hizo posibles estas mediciones porque los modelos 3D permiten a los investigadores calcular con precisión el volumen de cutícula, algo que era difícil de medir anteriormente.

Debido a que los escaneos son tan detallados, también pueden ser útiles para entrenar sistemas de aprendizaje automático para reconocer hormigas en el campo durante estudios de comportamiento. Economo planea continuar expandiendo la base de datos escaneando especímenes adicionales y colaborando con estudiantes de informática de UMD para aplicar estas técnicas de IA a nuevos conjuntos de datos biológicos.

"Este trabajo nos lleva más lejos en la era de los grandes datos para capturar, analizar y compartir la forma y estructura de los organismos", afirmó Economo. "El potencial para integrar estos datos con otros tipos de datos y tecnologías es inmenso y muy emocionante".

Su artículo, "Fenotipado de alto rendimiento de la biodiversidad global de hormigas", fue publicado en la revista Nature Methods el 5 de marzo de 2026.

Este artículo fue adaptado de un texto proporcionado por el Okinawa Institute of Science and Technology.

Esta investigación fue apoyada por el Ministerio Alemán de Investigación y Educación; el Ministerio de Ciencia, Investigación y Artes de Baden-Wurtemberg; la Fundación Alemana de Investigación; el Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University; la Japan Society for the Promotion of Science; el Australian Research Council; y otros organismos.

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