Una especie de mariposa tropical con estructuras cerebrales inusualmente expandidas muestra un fascinante patrón de expansión neural en mosaico vinculado a una innovación cognitiva.
El estudio, publicado hoy en Current Biology, investiga las bases neuronales de la innovación conductual en las mariposas Heliconius, 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 relacionadas con la expansión de una estructura cerebral llamada cuerpos pedunculados, responsables del aprendizaje y la memoria.
El autor principal, el Dr. Max Farnworth, de la Escuela de Ciencias Biológicas de la Universidad de Bristol, explicó: "Hay un gran interés en cómo los cerebros más grandes pueden favorecer una cognición mejorada, mayor precisión o flexibilidad conductual. Sin embargo, durante la expansión cerebral, a menudo es difícil desentrañar los efectos de los aumentos en el tamaño general de los cambios en la estructura interna".
Para responder a esta cuestión, los autores del estudio profundizaron en los cambios que ocurrieron en los circuitos neuronales que apoyan el aprendizaje y la memoria en las mariposas Heliconius. Los circuitos neuronales son bastante similares a los circuitos eléctricos, ya que cada célula tiene objetivos específicos con los que se conecta y ensamblan una red con sus conexiones. Esta red luego genera funciones específicas al construir un circuito.
A través de un análisis detallado del cerebro de la mariposa, el equipo descubrió que ciertos grupos de células, conocidos como células de Kenyon, se expandieron a diferentes ritmos. Esta variación condujo a un patrón denominado evolución cerebral en mosaico, donde algunas partes del cerebro se expanden mientras que otras permanecen sin cambios, análogo a los azulejos de un mosaico, todos muy diferentes entre sí.
El Dr. Farnworth explicó: "Predecimos que, dado que observamos estos patrones en mosaico de cambios neuronales, estos se relacionarán con cambios específicos en el rendimiento conductual, en línea con una serie de experimentos de aprendizaje que muestran que Heliconius supera a sus parientes más cercanos solo 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 eficientes de alimentación, ya que las plantas polinizadoras son bastante raras.
El supervisor del proyecto y coautor, el Dr. Stephen Montgomery, dijo: "En lugar de tener una ruta aleatoria de forrajeo, estas mariposas aparentemente eligen rutas fijas entre los recursos florales, algo similar a una ruta de autobús. Los procesos de planificación y memoria necesarios para este comportamiento son cumplidos por los conjuntos de neuronas dentro de los cuerpos pedunculados, por lo que estamos fascinados por el circuito interno en su totalidad. Nuestros resultados sugieren que se han ajustado aspectos específicos de estos circuitos para lograr las capacidades mejoradas de las mariposas Heliconius".
Este estudio contribuye a la comprensión de cómo los circuitos neuronales cambian para reflejar la innovación y el cambio cognitivo. Examinar circuitos neuronales en sistemas modelo tratables como los insectos promete revelar mecanismos genéticos y celulares comunes a todos los circuitos neuronales, lo que podría tender un puente, al menos a nivel mecanicista, hacia otros organismos como los humanos.
De cara al futuro, el equipo planea explorar circuitos neuronales más allá de los centros de aprendizaje y memoria en el cerebro de la mariposa. También tienen como objetivo 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 vemos grados tan altos de conservación en la anatomía y evolución del cerebro, pero luego cambios muy prominentes y distintos".
"Este es un ejemplo realmente fascinante y hermoso de una capa de biodiversidad que normalmente no vemos, la diversidad de los sistemas cerebrales y sensoriales, y las formas en que los animales procesan y utilizan la información proporcionada por el entorno que los rodea", concluyó el Dr. Montgomery.
Fuente y enlace a la investigaciòn:
Max S. Farnworth, Theodora Loupasaki, Antoine Couto, Stephen H. Montgomery. Evolución mosaica de un circuito de aprendizaje y memoria en mariposas Heliconiini. Biología actual, 2024; DOI: 10.1016/j.cub.2024.09.069