Un nuevo estudio muestra que el aislamiento social cambia el comportamiento y el desarrollo del cerebro de los abejorros, pero no de la manera que los investigadores esperaban.
por Alaina O’Regan, Universidad de Princeton
El estudio exploró cómo los abejorros, que dependen en gran medida de sus instintos sociales para sobrevivir, se vieron afectados por estar socialmente aislados durante un período clave de desarrollo.
Los investigadores se sorprendieron al descubrir que las abejas aisladas se convirtieron en mariposas sociales, exhibiendo un aumento en el comportamiento afiliativo o “amistoso”, lo contrario de lo que predijeron. El artículo que detalla los resultados se publicó el 17 de mayo en Current Biology .
El equipo, dirigido por Sarah Kocher, profesora asistente de ecología y biología evolutiva y del Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa, realizó una serie de pruebas en tres grupos de abejorros. Algunas de las abejas fueron aisladas, algunas permanecieron con su colonia original (criadas en colonias) y algunas fueron alojadas con un grupo más pequeño de abejas (criadas en grupos).
El equipo de investigación esperaba que, como se había demostrado previamente con una variedad de organismos, los abejorros que estaban socialmente aislados mostrarían un comportamiento más agresivo e interactuarían menos con su pareja social.
“Al contrario de eso, no vimos un aumento en los comportamientos agresivos en los abejorros”, dijo Yan Wang, investigador postdoctoral en el laboratorio de Kocher. “De hecho, vimos un aumento general en el comportamiento afiliativo”.
Observar el desarrollo del cerebro de los abejorros puede proporcionar información clave sobre preguntas más amplias sobre el desarrollo del cerebro y la evolución de la sociabilidad.
“Debido a que los insectos y los vertebrados comparten un ancestro evolutivo común, muchos de los mismos mecanismos moleculares dan forma a los cerebros de ambos grupos”, dijo Kocher. “Como resultado, muchos de nuestros hallazgos en las abejas también podrían extenderse a los vertebrados”.
Es por eso que Wang, quien tiene un doctorado en neurociencia, se interesó en unirse al proyecto.
“El abejorro se ha convertido en un candidato realmente maravilloso para desarrollar muchas herramientas de vanguardia para estudiar la sociabilidad, así como la ciencia del cerebro”, dijo Wang.
Otro giro sorprendente fue que los resultados de comparar el desarrollo cerebral de las abejas que se alojaron solas con las de un grupo fueron sorprendentemente similares, lo que demuestra que tener solo unas pocas abejas con las que interactuar es suficiente para que desarrollen el mismo nivel de habilidades sociales. como si estuvieran con toda una colonia.
Las abejas aisladas, sin embargo, tuvieron resultados “por todas partes”, según Wang, y fueron mucho más aleatorios de lo que esperaban los investigadores en términos del tamaño de varias regiones del cerebro y la expresión génica .
“Nuestros resultados apuntan a que, en ausencia de ese entorno social, hay una especie de caos controlado en términos de cómo podría desarrollarse el cerebro”, dijo Wang.
Los investigadores también identificaron seis genes que eran diferentes en los cerebros de las abejas aisladas en comparación con las abejas criadas en grupo y en colonia, varios de los cuales involucran los mismos mecanismos moleculares que se encuentran en los humanos y otros vertebrados.
Actualmente, la principal hipótesis del equipo sobre el aumento de los niveles de sociabilidad en los abejorros aislados es que nunca aprendieron a no ser reactivos con los demás.
“En una colmena de abejorros abarrotada, tiene sentido que necesites poder seguir haciendo lo que estás haciendo, incluso si hay otro abejorro justo a tu lado”, dijo Grace McKenzie-Smith, estudiante graduada en física. “Entonces , el desarrollo social podría implicar aprender cuándo no reaccionar ante la presencia de otra abeja”.
Esto es solo una hipótesis, y para realmente llegar al fondo de esto requerirá más investigación.
Kocher dijo que este estudio también abre un camino para comprender cómo las abejas y otros polinizadores pueden verse afectados por el cambio climático .
“Los cambios en el entorno, social o de otro tipo, pueden tener un impacto sorprendente en el comportamiento”, dijo Kocher. “El marco más amplio sería comprender cómo los cambios ambientales inesperados pueden dar forma al comportamiento y cómo esto afecta las respuestas de los polinizadores al cambio climático”.
Una ayuda del software de mapeo de movimiento
Descubrir cómo albergar por separado más de 300 abejas en una pequeña sala de laboratorio fue un desafío, y el equipo pasó por muchas iteraciones de prueba y error antes de encontrar una configuración que funcionara. Lo que terminaron fue una estructura que los investigadores comenzaron a llamar Bee Hotel.
Cada uno de los abejorros estaba alojado en su propio espacio privado: una pequeña caja en una serie de otras cajas pequeñas apiladas juntas. La estructura dejó a cada abeja o pequeño grupo de abejas libre de cualquier perturbación causada por la vista, el sonido, el olor o las señales vibratorias que pudieran enviar otros residentes.
Después de una estadía de nueve días cuidadosamente cronometrada, el equipo comenzó a recopilar datos sobre las tres categorías de abejas.
Realizaron pruebas que analizaron la expresión génica y el tamaño físico de varias regiones del cerebro de las abejas y las colocaron en placas de Petri para monitorear su comportamiento tanto solas como en varias parejas.
Gracias a un nuevo y revolucionario software de seguimiento de poses llamado SLEAP (Social LEAP estima las poses de los animales), desarrollado en Princeton, los investigadores pudieron analizar cuantitativamente el comportamiento de las abejas.
“Sin SLEAP, hubiéramos tenido que hacer todo el análisis a mano”, dijo McKenzie-Smith, responsable de gran parte del análisis de datos de este proyecto. “Y cuando haces eso, introduces muchos prejuicios humanos”.
El software, creado como una colaboración entre los equipos de los profesores de Princeton Joshua Shaevitz, profesor de física y del Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa, y Mala Murthy, profesora de neurociencia, funciona primero haciendo que los investigadores envíen videos al software del animal que se supone debe rastrear. Luego utiliza inteligencia artificial para identificar varias partes del cuerpo y proporciona coordenadas de píxeles cuadro por cuadro para cada parte del cuerpo.
Después de identificar las partes del cuerpo de las abejas, los investigadores utilizaron un software llamado Motion Mapper, un desarrollo anterior de la colaboración entre Shaevitz y Murthy, para extraer información dinámica de las posiciones de las partes del cuerpo. Esta técnica les permite comprender no solo la ubicación de las extremidades de las abejas, sino también cómo se mueven las abejas.
“Poder tomar videos sin procesar y marcar artificialmente diferentes partes del cuerpo más adelante hace que esta herramienta sea extremadamente versátil y realmente emocionante para nosotros en un contexto social de múltiples animales”, dijo Wang.
Preguntas para reflexionar
Un ejemplo del comportamiento afiliativo que observaron los investigadores mientras usaban esta tecnología fue que las abejas frotaban sus antenas en la cabeza y el cuerpo de las demás, una actividad llamada antenating.
“Las abejas criadas en una colonia suelen pasar mucho tiempo en esta orientación de cabeza a cabeza”, dijo Kocher. “Es una señal química realmente importante. Cuando tocan las antenas, en realidad están pasando información química de un lado a otro, para que puedan saber quiénes son los otros individuos en la colonia”.
Las abejas que habían sido aisladas, cuando fueron reintroducidas a otra abeja, lo hicieron con mucha más frecuencia que las abejas que se mantuvieron en grupos sociales todo el tiempo. Y lo hicieron de una manera inusual, con mucha más variabilidad en la forma en que se tocaban.
“Una forma en que podrías pensar en ello es imaginar que vienes a estrecharme la mano, pero en lugar de estrecharte la mano, trato de estrecharte la rodilla”, dijo Kocher. “No es realmente una interacción social significativa para una abeja con experiencia social. Así que creo que fue una idea muy interesante que surgió del estudio”.
Los datos de comportamiento obtenidos de SLEAP, así como el análisis de la expresión génica y el desarrollo del cerebro en las abejas dieron como resultado respuestas sorprendentes y dejaron a Kocher con muchas preguntas para reflexionar.
¿El aumento de la interacción social como resultado del aislamiento es común entre los insectos sociales? ¿Se debe este aumento a la falta de aprendizaje sobre cómo responder a los interlocutores sociales, o se debe a que las abejas nunca aprendieron cómo evitar las interacciones negativas? ¿Cuándo en ese período de desarrollo de nueve días ocurren estos cambios y son permanentes? ¿Son reversibles?
Todas estas son preguntas que planteó este proyecto, y que Kocher cree que puede valer la pena explorar más a fondo.
“Una de las cosas que me interesan sería un experimento similar, pero en la colmena”, dijo McKenzie-Smith. “Las colmenas de abejorros tienen una estructura 3D complicada que hace que sea bastante difícil obtener imágenes de ellas, pero hay algunas técnicas que se utilizan en el laboratorio de computación en este momento que podrían solucionar eso”.
Un proyecto como este podría ser valioso para tener una idea de cómo el comportamiento social se desarrolla de forma más natural en el abejorro y cómo se desarrolla a lo largo de su vida, según McKenzie-Smith.
Más información: Z. Yan Wang et al, El aislamiento interrumpe las interacciones sociales y desestabiliza el desarrollo cerebral en abejorros,
Current Biology (2022). DOI: 10.1016/j.cub.2022.04.066
