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. El trabajo reveló que ciertas especies de abejas tienen un mayordensidad de células cerebrales que incluso algunas especies de aves, mientras que las hormigas resultaron tener menos células cerebrales de lo que se esperaba originalmente.
Publicado en la revista científica Actas de la Royal Society B , el estudio marca la primera vez que el nuevo método de conteo de células se aplica a animales invertebrados y proporciona un protocolo sólido 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. Teorías de las capacidades cognitivas de los animalescerebros, incluidos los de 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 tiempo, contar o estimar la cantidad de neuronas en un cerebro era extremadamente tedioso y consumía mucho tiempo, 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 ysesgos, 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 le 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 'cerebro de pájaro' es en realidad un cumplido
Una razón importante es que el tamaño de un cerebro es menos relevante para su capacidad de procesamiento en comparación con la cantidad de neuronas o células nerviosas que contiene. Esto es análogo al poder de procesamiento de una computadora, que tiene poco que ver conel tamaño físico de su procesador central. Las neuronas son tipos de células altamente especializadas que se encuentran en prácticamente cualquier especie del reino animal.
Compare, por ejemplo, la liebre marina, una babosa marina gigante que se encuentra en 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 empequeñece a toda la mosca por mucho,sin embargo, tiene solo 18.000 neuronas, muchas menos que las aproximadamente 100.000 de la mosca.
"El hecho de que el cerebro de una especie pueda ser 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 Departamento de Neurocienciagrupo de investigación dedicado a desentrañar los misterios del cerebro de los insectos.
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 válidacierto para los 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 los vertebrados, al cerebro de los insectos. En lugar de cortar el cerebro en cientos o miles desecciones delgadas y contando neuronas en cada sección, el método solo requiere que el tejido cerebral esté homogeneizado. Eso es lo que la ciencia habla de "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 puedes tomar muestras, pero en los insectos, solo podemos aplastarlo todo. Así que obtenemosun recuento de densidad de neuronas para todo el cerebro ".
Godfrey y sus coautores compararon el recuento de células cerebrales con los tamaños corporales de una amplia gama de himenópteros abejas, avispas y hormigas y descubrieron que las relaciones entre el número de neuronas y el tamaño del cerebro son muy similares a las que se encuentran en los vertebrados.
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 capacidad 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 de aves y mamíferos más compactos. Por ejemplo, la abeja sudorífera verde metálica, que se ve comúnmente en el suroeste y pertenece al género Augochlorella, tieneun 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 encontradas en las especies de vertebrados más pequeños: musarañas humeantes en mamíferos y crestas de oro en 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 célulaspor miligramo de masa cerebral. Considerando 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 la inteligencia, pero más del procesamiento de la información", dice. "Las hormigas dependen de la información olfativa, mientras que las abejas dependen más de la información visual".
¿Qué tan bajo puedes llegar?
Estos hallazgos plantean la pregunta de cuántas células cerebrales necesita la naturaleza para hacer que un cerebro funcione. Los cerebros 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 conun cerebro pequeño y una pequeña cantidad de neuronas.
Gronenberg señala a la pequeña avispa hada como una fuerte candidata al premio al "cerebro más pequeño del mundo de los insectos". Tres mechones de cabello humano, colocados uno al lado del otro, cubrirían la longitud del cuerpo de la diminuta criatura, cuyo cerebro consta demenos 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. "Mientras que un insecto pequeño puede tener solo una o unas pocas neuronas para realizar una función particular, los humanosy 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 las cosas de forma más precisa y sofisticada ".
Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation número de concesión ISO-1354191 y una beca del Programa Interdisciplinario de Posgrado de la universidad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Arizona . Original escrito por Daniel Stolte. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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