Una especie de mariposa tropical con estructuras cerebrales inusualmente expandidas muestra un fascinante patrón de mosaico de expansión neuronal vinculado a una innovación cognitiva.
El estudio, publicado hoy en Biología actualinvestiga los fundamentos neuronales de la innovación conductual en heliconio mariposas, el único género conocido que se alimenta tanto de néctar como de polen. Como parte de este comportamiento, demuestran una notable capacidad para aprender y recordar información espacial sobre sus fuentes de alimento, habilidades previamente conectadas con la expansión de una estructura cerebral llamada cuerpos en forma de hongo, responsable del aprendizaje y la memoria.
El autor principal, el Dr. Max Farnworth, de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad de Bristol, explicó: «Existe un gran interés en cómo cerebros más grandes pueden favorecer una mayor cognición, precisión conductual o flexibilidad. Pero durante la expansión del cerebro, a menudo es difícil desentrañar los efectos de los aumentos en la capacidad general». tamaño debido a cambios en la estructura interna.»
Para responder a esta pregunta, los autores del estudio profundizaron en los cambios que ocurrieron en los circuitos neuronales que apoyan el aprendizaje y la memoria en heliconio mariposas. Los circuitos neuronales son bastante similares a los circuitos eléctricos, ya que cada célula tiene objetivos específicos con los que se conecta y forma una red con sus conexiones. Luego, esta red provoca funciones específicas mediante la construcción de un circuito.
Mediante un análisis detallado del cerebro de la mariposa, el equipo descubrió que ciertos grupos de células, conocidas como células de Kenyon, se expandían a diferentes ritmos. Esta variación condujo a un patrón llamado evolución del cerebro en mosaico, donde algunas partes del cerebro se expanden mientras que otras permanecen sin cambios, análogo a los mosaicos, siendo todos muy diferentes entre sí.
El Dr. Farnworth explicó: «Predecimos que debido a que vemos estos patrones mosaicos de cambios neuronales, estos se relacionarán con cambios específicos en el desempeño conductual, en línea con la variedad de experimentos de aprendizaje que muestran que heliconio superan a sus parientes más cercanos sólo en contextos muy específicos, como la memoria visual a largo plazo y el aprendizaje de patrones».
Para alimentarse de polen, las mariposas Heliconius necesitan tener rutas de alimentación eficientes, ya que las plantas de polen son bastante raras.
El supervisor del proyecto y coautor, el Dr. Stephen Montgomery, dijo: «En lugar de tener una ruta aleatoria para buscar alimento, estas mariposas aparentemente eligen rutas fijas entre los recursos florales, similar a una ruta de autobús. Los procesos de planificación y memoria necesarios para este comportamiento se cumplen por los conjuntos de neuronas dentro de los cuerpos de los hongos, de ahí que nos fascinen los circuitos internos. Nuestros resultados sugieren que aspectos específicos de estos circuitos se han modificado para lograr capacidades mejoradas. heliconio mariposas.»
Este estudio contribuye a la comprensión de cómo cambian los circuitos neuronales para reflejar la innovación y el cambio cognitivo. El examen de los circuitos neuronales en sistemas modelo manejables, como los insectos, promete revelar mecanismos genéticos y celulares comunes a todos los circuitos neuronales, cerrando así potencialmente la brecha, al menos a nivel mecanicista, con otros organismos como los humanos.
De cara al futuro, el equipo planea explorar circuitos neuronales más allá de los centros de aprendizaje y memoria del cerebro de la mariposa. También pretenden aumentar la resolución de su mapeo cerebral para visualizar cómo se conectan las neuronas individuales a un nivel aún más granular.
El Dr. Farnworth dijo: «Me fascinó mucho el hecho de que veamos grados tan altos de conservación en la anatomía y la evolución del cerebro, pero luego cambios muy prominentes pero distintos».
«Este es un ejemplo realmente fascinante y hermoso de una capa de biodiversidad que normalmente no vemos, la diversidad del cerebro y los sistemas sensoriales, y las formas en que los animales procesan y utilizan la información proporcionada por el entorno que los rodea», concluyó el Dr. Montgomery.
