Los investigadores han propuesto un nuevo modelo para la evolución de las funciones y comportamientos cerebrales superiores en el orden de insectos Hymenoptera.
El equipo comparó las células de Kenyon, un tipo de célula neuronal, en los cuerpos de hongos (una parte del cerebro de los insectos involucrada en el aprendizaje, la memoria y la integración sensorial) de moscas de sierra “primitivas” y abejas melíferas sofisticadas.
Descubrieron que tres subtipos de células de Kenyon especializados y diversos en el cerebro de las abejas melíferas parecen haber evolucionado a partir de un solo antepasado multifuncional del subtipo de células de Kenyon. En el futuro, esta investigación podría ayudarnos a comprender mejor la evolución de algunas de nuestras funciones y comportamientos cerebrales superiores.
¿Está usted “ocupado como una abeja”, una “mariposa social” o una “mosca en la pared”? Hay muchas formas en las que comparamos nuestro comportamiento con el de los insectos, y resulta que puede haber algo más que expresiones idiomáticas divertidas. Estudiar insectos podría ayudarnos a comprender no solo cómo ha evolucionado su comportamiento, sino también el comportamiento de animales altamente evolucionados, incluidos nosotros mismos.
Los cerebros de los mamíferos son grandes y complejos, por lo que es difícil identificar qué comportamientos y cambios neuronales y genéticos se han desarrollado conjuntamente con el tiempo. En comparación, los cerebros de los insectos son mucho más pequeños y simples, lo que los convierte en modelos útiles para el estudio.
“En 2017, informamos que la complejidad de los subtipos de células de Kenyon (KC) en cuerpos de hongos en cerebros de insectos aumenta con la diversificación del comportamiento en Hymenoptera (un orden grande y variado de insectos)”, explicó el profesor Takeo Kubo de la Escuela de Graduados en Ciencias en la Universidad de Tokio y coautor del estudio actual publicado en Science Advances .
“En otras palabras, cuantos más subtipos de KC tiene un insecto, más complejo es su cerebro y los comportamientos que puede exhibir. Pero no sabíamos cómo evolucionaron estos diferentes subtipos. Ese fue el estímulo para este nuevo estudio”.
El equipo de la Universidad de Tokio y la Organización Nacional de Investigación de Alimentos y Agricultura de Japón (NARO, por sus siglas en inglés) eligió dos especies de himenópteros como representantes de diferentes comportamientos: la solitaria mosca de sierra del nabo (que tiene un solo subtipo KC) y la sofisticada abeja social (que tiene tres subtipos de KC).
Como la mosca de sierra tiene un cerebro más “primitivo”, se cree que contiene algunas propiedades ancestrales del cerebro de la abeja melífera. Para descubrir las vías evolutivas potenciales entre ellos, los investigadores utilizaron el análisis del transcriptoma para identificar los perfiles de expresión génica (la actividad genética) de los diversos subtipos de KC y especular sobre sus funciones.
“Me sorprendió que cada uno de los tres subtipos de KC en la abeja melífera mostrara una similitud comparable con el único tipo de KC en la mosca de sierra”, dijo el profesor asistente Hiroki Kohno, coautor de la Escuela de Graduados en Ciencias. “Según nuestro análisis comparativo inicial de varios genes, previamente supusimos que se habían agregado subtipos KC adicionales uno por uno. Sin embargo, parecen haberse separado de un tipo ancestral multifuncional, a través de la segregación funcional y la especialización”.
A medida que aumentó el número de subtipos de KC, cada subtipo heredó casi por igual algunas propiedades distintas de un KC ancestral. Estos luego se modificaron de diferentes maneras, dando como resultado sus variadas funciones actuales.
Los investigadores querían un ejemplo de comportamiento específico de cómo las funciones ancestrales de KC están presentes tanto en la mosca de sierra como en la abeja melífera. Entonces, entrenaron a las moscas de sierra para participar en una prueba común de comportamiento de las abejas melíferas, donde aprenden a asociar un estímulo de olor con una recompensa. Aunque al principio fue un desafío, el equipo finalmente pudo involucrar a las moscas de sierra en la tarea de memoria.
Luego, los investigadores manipularon un gen llamado CaMKII en larvas de mosca de sierra, que en las abejas melíferas se asocia con la formación de memoria a largo plazo, una función KC. Cuando las larvas se convirtieron en adultas, su memoria a largo plazo se vio afectada, lo que indica que el gen desempeña un papel similar tanto en las moscas de sierra como en las abejas melíferas. Aunque CaMKII se expresó (es decir, estaba activo) en todo el subtipo único de KC en moscas de sierra, en las abejas melíferas se expresó preferentemente en un solo subtipo de KC. Esto sugiere que el papel de CaMKII en la memoria a largo plazo se transmitió al subtipo KC específico en la abeja melífera.
A pesar de las diferencias en el tamaño y la complejidad de los cerebros de los insectos y los mamíferos , existen puntos en común en cuanto a la función y la arquitectura básica del sistema nervioso. Es por ello que el modelo propuesto en este estudio para la evolución y diversificación de los subtipos de KC puede ayudar a comprender mejor la evolución de nuestro propio comportamiento. A continuación, el equipo está interesado en estudiar los tipos de KC adquiridos en paralelo con los comportamientos sociales, como el “baile de meneo” de la abeja melífera.
“Nos gustaría aclarar si el modelo presentado aquí es aplicable a la evolución de otros comportamientos”, dijo Takayoshi Kuwabara, estudiante de doctorado y autor principal de la Escuela de Graduados en Ciencias. “Hay muchos misterios sobre la base neuronal que controla el comportamiento social, ya sea en insectos, animales o humanos. Todavía se desconoce en gran medida cómo ha evolucionado. Creo que este estudio es un trabajo pionero en este campo”.
Más información: Takayoshi Kuwabara et al, Dinámica evolutiva de los tipos de células Kenyon del cuerpo de hongo en cerebros de himenópteros desde el tipo multifuncional hasta los tipos funcionalmente especializados, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.add4201 . www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add4201
