Los cerebros de mariposa revelan los ajustes neuronales precisos para la innovación cognitiva
Una especie de mariposa tropical con estructuras cerebrales inusualmente expandidas muestra un fascinante patrón en mosaico de expansión neuronal vinculado a una innovación cognitiva relacionada con la búsqueda de alimento.
Por Enrique Coperías
Mariposa del género Heliconius, típico de los trópicos y subtrópicos de América. Crédito: Max Farnworth
El estudio, publicado hoy en la revista Current Biology, investiga los fundamentos neuronales de la innovación conductual en las mariposas Heliconius, el único género de insectos lepidópteros conocido que se alimenta tanto de néctar como de polen.
Como parte de este comportamiento, estas mariposas demuestran una notable capacidad para aprender y recordar información espacial sobre sus fuentes de alimento , unas habilidades previamente relacionadas con la expansión de una estructura cerebral llamada cuerpos de hongo o corpora pedunculata responsable del aprendizaje y la memoria.
«Existe un enorme interés por saber cómo cerebros más grandes pueden contribuir a mejorar la cognición, la precisión del comportamiento o la flexibilidad —dice el autor principal del trabajo, Max Farnworth, de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad de Bristol (Reino Unido), en una nota de prensa de esta institución. Y añade—: Pero durante la expansión cerebral suele ser difícil disociar los efectos del aumento del tamaño total de los cambios en la estructura interna».
Para responder a esta pregunta, los autores del estudio profundizaron en los cambios que ocurrían en los circuitos neuronales que sustentan el aprendizaje y la memoria en las mariposas Heliconius.
Hay que decir que los circuitos neuronales son bastante parecidos a los eléctricos, ya que cada célula tiene objetivos específicos con los que se conecta y monta una red con sus conexiones. A continuación, esta red provoca funciones específicas mediante la construcción de un circuito.
Una mariposa del género Heliconius con polen en su espiritrompa. Crédito: Max Farnworth
A través de 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 velocidades. 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, de manera análoga a las baldosas de mosaico que son muy diferentes entre sí.
«Predecimos que, dado que vemos estos patrones de mosaico de cambios neuronales, estos se relacionarán con cambios específicos en el rendimiento conductual, en línea con la gama de experimentos de aprendizaje que muestran que las Heliconius superan a sus parientes más cercanos soo en contextos muy específicos, como son la memoria visual a largo plazo y el aprendizaje de patrones», explica explicó Farnworth
Para alimentarse de polen, las mariposas Heliconius necesitan vías de alimentación eficaces, ya que las plantas poliníferas son bastante escasas.
En palabras de Stephen Montgomery, supervisor y coautor del proyecto, «en lugar de tener una ruta aleatoria de búsqueda de alimento, estas mariposas eligen aparentemente rutas fijas entre los recursos florales, algo parecido a una ruta de autobús». Y añade—: Los procesos de planificación y memoria necesarios para este comportamiento los llevan a cabo los conjuntos de neuronas del interior de los cuerpos de los hongos, de ahí que nos fascinen sus circuitos internos. Nuestros resultados sugieren que se han modificado aspectos específicos de estos circuitos para dar lugar a las capacidades mejoradas de las mariposas Heliconius».
Así es el cerebro de una mariposa del género Heliconius. Crédito: Max Farnworth
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, lo que podría cerrar 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.
«Me fascinó realmente el hecho de que veamos grados tan altos de conservación en la anatomía y evolución del cerebro, pero luego cambios muy destacados pero distintos», dice Farnworth.
«Se trata de un ejemplo realmente fascinante y hermoso de un estrato de la biodiversidad que no solemos ver, la diversidad de sistemas cerebrales y sensoriales, y las formas en que los animales procesan y utilizan la información que les proporciona el entorno que les rodea», concluye Montgomery. ▪️
Los cerebros de las mariposas revelan los ajustes necesarios para la innovación cognitiva.
Información facilitada por la Universidad de Bristol
Fuente: Farnworth, Max S. et al. Mosaic evolution of a learning and memory circuit in Heliconiini butterflies. Current Biology (2024). DOI: https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(24)01337-X
