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‘Sopa de cerebro de insectos’ amplía el menú para los científicos que estudian el cerebro de los animales

'Sopa de cerebro de insectos' amplía el menú para los científicos que estudian el cerebro de los animales
El abejorro común del este (Bombus impatiens) con una imagen cerebral teñida superpuesta para mostrar el tamaño relativo y la ubicación de su cerebro. Crédito: Wulfila Gronenberg

Utilizando una técnica sorprendentemente simple, los investigadores del Departamento de Neurociencia de la Universidad de Arizona han logrado aproximar cuántas células cerebrales componen el cerebro de varias especies de abejas, hormigas y avispas. 


por la Universidad de Arizona


El trabajo reveló que ciertas especies de abejas tienen una mayor densidad de células cerebrales que incluso algunas especies de aves, mientras que las hormigas resultaron tener menos células cerebrales de las que se esperaba originalmente.

Publicado en la revista científica Proceedings of the Royal Society B , el estudio marca la primera vez que el nuevo método de conteo celular se aplica a animales invertebrados y proporciona un protocolo robusto y reproducible para otros grupos de investigación que estudian los cerebros de animales invertebrados .

Durante más de un siglo, los científicos han intentado medir y comparar los cerebros y los componentes cerebrales de los vertebrados entre especies en un esfuerzo por sacar conclusiones sobre cómo los cerebros apoyan las capacidades cognitivas y conductuales y los requisitos ecológicos de los animales. Las teorías de las capacidades cognitivas de los cerebros de los animales, incluidas las de los restos fosilizados de los ancestros evolutivos de los humanos, se basan en tales medidas.

Para ello, los científicos necesitan saber cuántas neuronas componen un cerebro determinado. Hasta hace poco, era extremadamente tedioso y consumía mucho tiempo contar o estimar la cantidad de neuronas en un cerebro, incluso con sistemas informáticos y basados ​​en software.

Por esta razón, había muy pocos números de neuronas confiables disponibles para cualquier animal, incluido el cerebro humano. En cambio, los investigadores del cerebro se basaron en estimaciones y extrapolaciones basadas en mediciones del tamaño o masa del cerebro. Pero ese enfoque puede estar plagado de incertidumbres y sesgos, según los autores de este estudio. Por ejemplo, mientras que los animales más grandes, como regla general, tienden a tener cerebros más grandes que los animales más pequeños, el volumen y la masa de un cerebro determinado por sí solos no dicen mucho sobre sus capacidades cognitivas.

«El tamaño o el peso de un cerebro no te da la mejor medida de las capacidades cognitivas de un animal«, dice el autor principal del estudio, R. Keating Godfrey, investigador postdoctoral en el Departamento de Biología Molecular y Celular.

¿Por qué el ‘cerebro de pájaro’ es en realidad un cumplido?

Una de las principales razones es que el tamaño de un cerebro es menos relevante para sus capacidades de procesamiento en comparación con la cantidad de neuronas o células nerviosas que contiene. Esto es análogo a la potencia de procesamiento de una computadora, que tiene poco que ver con el tamaño físico de su procesador central. Las neuronas son tipos de células altamente especializadas que se encuentran en prácticamente cualquier especie del reino animal.

Comparemos, por ejemplo, la liebre marina, una babosa marina gigante que se encuentra frente a la costa de California y que puede pesar más de 12 libras, con la mosca de la fruta Drosophila. El cerebro de la babosa marina por sí solo eclipsa mucho a toda la mosca, pero tiene solo 18.000 neuronas, mucho menos que las aproximadamente 100.000 de la mosca.

«El hecho de que el cerebro de una especie sea 10 veces más grande que el de otra no significa que tenga 10 veces más neuronas», dice la autora principal del artículo, Wulfila Gronenberg, profesora de neurociencia que dirige un grupo de investigación del Departamento de Neurociencia. dedicado a desentrañar los misterios del cerebro de los insectos.

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El método permite el recuento de núcleos individuales muestreados de un cerebro de insecto homogeneizado, que se muestra aquí para dos especies incluidas en este estudio, Augochlorella, una abeja del sudor, y Polistes, una avispa de papel. Teñidos de azul, los núcleos se pueden contar usando un portaobjetos de microscopio subdividido que se usa comúnmente en los consultorios médicos para contar las células sanguíneas. La abeja del sudor resultó tener una mayor densidad de células cerebrales que incluso algunas especies de vertebrados. Crédito: Wulfila Gronenberg

Mientras que «cerebro de pájaro» se usa ampliamente como un término despectivo para la falta de inteligencia, en realidad es un nombre inapropiado, dice Gronenberg.

«Los cerebros de las aves tienen muchas más neuronas que un mamífero típico de tamaño comparable», dice. «Las aves tienen que navegar por un espacio tridimensional en vuelo, y para obtener toda esa potencia de procesamiento en un paquete pequeño y liviano, sus neuronas son más pequeñas y están más densamente empaquetadas».

Cerebros sociales

El grupo de investigación de Gronenberg está interesado en los fundamentos neuronales de los insectos que viven en comunidades sociales, como las abejas o muchas avispas.

«Queríamos saber: ¿Hay algo especial en el cerebro de los insectos sociales?» Dice Godfrey.

Específicamente, ella y sus colegas se propusieron estudiar si la hipótesis del ‘cerebro social’, que fue desarrollada para animales vertebrados y postula que el tamaño de un cerebro o una región particular del cerebro se correlaciona con el tamaño del grupo social y los comportamientos del grupo, también es válida para insectos sociales.

Con la ayuda de estudiantes de pregrado, Godfrey trabajó en la adaptación de una técnica desarrollada en 2005 por la neurocientífica brasileña Suzanna Herculano-Houzel que revolucionó el campo de la neurociencia de vertebrados al cerebro de los insectos. En lugar de cortar el cerebro en cientos o miles de secciones delgadas y contar las neuronas en cada sección, el método solo requiere que el tejido cerebral esté homogeneizado. Eso es lo que la ciencia significa «mezclado», lo que da como resultado una sopa de cerebro.

«Liberamos los núcleos de las células para poder contarlos», dice Godfrey. «Los vertebrados tienen regiones y estructuras cerebrales dedicadas de las que se pueden tomar muestras, pero en los insectos, solo podemos aplastarlo todo. Así que obtenemos un recuento de densidad neuronal para todo el cerebro».

Godfrey y sus coautores compararon el recuento de células cerebrales con el tamaño del cuerpo de una gran variedad de himenópteros (abejas, avispas y hormigas) y encontraron que las relaciones entre el número de neuronas y el tamaño del cerebro son muy similares a las que se encuentran en los vertebrados.

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En estas imágenes de microscopio electrónico de barrido, el cerebro dentro de la cabeza de una hormiga cortadora de hojas se muestra a la izquierda. Sus ojos son relativamente pequeños en comparación con los de la hormiga toro australiana (derecha). Conocidas como una especie extremadamente agresiva, las hormigas toro poseen una vista extremadamente aguda, lo que les permite cazar presas a distancias de hasta 3 pies. Crédito: Wulfila Gronenberg

Poner un número en un cerebro de hormiga

Ciertas abejas, informa el equipo, tienen un número particularmente alto de neuronas, lo que debería estimular una investigación renovada sobre sus capacidades conductuales, y las hormigas, en general, tienen menos neuronas que sus parientes avispas y abejas, probablemente porque no vuelan y, por lo tanto, necesitan menos. poder cerebral para el procesamiento visual y el control de vuelo.

Resultó que algunas abejas tienen densidades de células cerebrales incluso más altas que algunos de los cerebros más compactos de aves y mamíferos. Por ejemplo, la abeja del sudor verde metálico, que se ve comúnmente en el suroeste y pertenece al género Augochlorella, tiene un número particularmente alto de neuronas para el tamaño de su cerebro: alrededor de 2 millones por miligramo, más que las densidades de neuronas más altas que se encuentran en el las especies de vertebrados más pequeñas: musarañas humeantes en los mamíferos y crestas de oro en las aves.

Las hormigas, por otro lado, tendían a estar en el extremo inferior del espectro. En comparación con las abejas y las avispas, las hormigas tenían cerebros pequeños y relativamente pocas células cerebrales . Una especie de hormiga recolectora del desierto común en Arizona ascendía a solo 400,000 células por miligramo de masa cerebral. Teniendo en cuenta que el cerebro de esta hormiga pesa menos de 1 miligramo, este animal se las arregla con un total de 90.000 células cerebrales, estima Gronenberg.

«Creemos que esto tiene que ver con la capacidad de volar, lo que haría que se tratara menos de inteligencia pero más de procesamiento de información», dice. «Las hormigas confían en la información olfativa, mientras que las abejas confían más en la información visual».

¿Cuan bajo Puedes ir?

Estos hallazgos plantean la pregunta de cuántas células cerebrales necesita la naturaleza para que funcione un cerebro. Los cerebros de los invertebrados tienden a tener neuronas altamente especializadas, cada una de las cuales realiza una determinada tarea, según los autores del estudio, lo que les permite realizar tareas con un cerebro pequeño y una pequeña cantidad de neuronas.

Gronenberg señala a la pequeña avispa hada como una fuerte candidata al premio al «cerebro más diminuto del mundo de los insectos». Tres mechones de cabello humano, colocados uno al lado del otro, cubrirían la longitud del cuerpo de la pequeña criatura, cuyo cerebro consta de menos de 10,000 neuronas.

«Sin embargo, esta avispa parásita puede hacer todo lo que necesita para sobrevivir», dice Gronenberg.

«Puede encontrar un huésped, puede aparearse, puede poner huevos, puede caminar y puede volar», dice. «Si bien un pequeño insecto puede tener solo una o unas pocas neuronas para realizar una función particular, los humanos y otros vertebrados tienden a tener muchos miles, o incluso decenas de miles, de estas neuronas especializadas dedicadas a una tarea, lo que nos permite hacer cosas de forma más precisa y sofisticada «.




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