La capacidad de detectar estímulos amenazantes e iniciar una respuesta de escape es fundamental para la supervivencia y bajo una estricta presión evolutiva. Para detectar depredadores, los peces utilizan una serie de sistemas sensoriales, incluidos el olfato olfato y la visión, que contribuyen a la activación de los sistemas de excitación.. Sorprendentemente, se sabe poco sobre los mecanismos neuronales a través de los cuales la perturbación ecológica da forma a la evolución de la respuesta de escape. Cuando se asustan, ¿todos los peces responden de la misma manera?
Algunos peces, como el pez de las cavernas mexicano, Astyanax mexicanus, han evolucionado en entornos únicos sin depredadores. Para determinar cómo esta falta de depredación afecta las respuestas de escape que están altamente estereotipadas entre las especies de peces, investigadores del Charles E. Schmidt College de Florida Atlantic Universityof Science y Harriet L. Wilkes Honors College exploraron el diminuto A. mexicanus para determinar si hay diferencias evolucionadas en la especie. A. mexicanus existe como un pez de superficie que habita ríos en México y el sur de Texas y como más de 30 cuevas aisladas geográficamentepoblaciones habitantes de la misma especie.
La ecología de las cuevas difiere dramáticamente del hábitat de la superficie, lo que resulta en distintos fenotipos morfológicos y de comportamiento en A. mexicanus. Las poblaciones de las cuevas viven en ambientes sin luz, lo que se cree que contribuye a la evolución del albinismo, la pérdida de la vista y el ritmo circadiano.Debido a que carecen de depredadores, también pueden carecer de la presión selectiva para evitarlos. Las diferencias dramáticas en estas poblaciones de peces de las cavernas combinadas con las diferencias ecológicas sólidas sugieren que el reflejo de sobresalto podría diferir entre las poblaciones de A. mexicanus.
Para poner esta teoría a prueba, los investigadores obtuvieron respuestas "C-start" utilizando estímulos acústicos y videografía de alta velocidad en múltiples poblaciones de peces de las cavernas y compararon las respuestas a los peces de superficie con ojos. La respuesta de escape C-start representa un mecanismo principal para los depredadoresevitación en peces y anfibios. C-start recibe su nombre de la curva en "forma de C" que forma el cuerpo de un pez durante la primera etapa de la respuesta de escape, que es seguida por una contra-curva más pequeña y luego natación rápida.
Resultados del estudio, publicados en un número especial de la Revista de Zoología Experimental: Evolución Molecular y del Desarrollo sobre la evolución del pez de las cavernas mexicano, apoye la idea de que las diferencias ecológicas entre los entornos de las cuevas y los ríos contribuyen a las diferencias en los comportamientos de escape de A. mexicanus. Los hallazgos proporcionan una plataforma para investigar la evolución de los circuitos neuronales que contribuyen a la integración sensorial-motora y el apoyo medianteA. mexicanus como modelo para investigar la evolución del comportamiento de escape.
En diversas especies de peces, los estímulos acústicos activan las neuronas de Mauthner, que inician una respuesta de escape de inicio C. Las células de Mauthner reciben información de múltiples modalidades sensoriales, incluidos los sistemas visual, olfativo y mecanosensorial. Comparar la cinemática de inicio C entre peces de superficie y peces de las cavernas, los investigadores examinaron y cuantificaron la latencia de respuesta, el cambio máximo en la orientación denominado "ángulo máximo de curvatura" y la velocidad angular. Utilizaron larvas de seis días después de la fertilización en lugar de peces adultos de superficie y peces de las cavernas para eliminar la variable de confusión del comportamiento aprendido.
Los investigadores encontraron que C-start está presente en los peces de superficie que habitan en los ríos y en múltiples poblaciones de peces de las cavernas, pero la cinemática de respuesta y la probabilidad difieren entre las poblaciones. La población de Pachon de peces de las cavernas exhibió una mayor probabilidad de respuesta, una latencia y velocidad de respuesta más lentas, yreducción del ángulo máximo de curvatura, revelando diferencias evolucionadas entre las poblaciones de superficie y cueva. El análisis de las respuestas de otras dos poblaciones de peces de las cavernas que evolucionaron independientemente, reveló la evolución repetida de la velocidad angular reducida. La investigación de híbridos de superficie-cueva mostró una correlación entre la velocidad angulary ángulo de pico, lo que sugiere que estas dos características cinemáticas están relacionadas a nivel genético o funcional.
"Estos hallazgos muestran que incluso los comportamientos más conservados han desarrollado diferencias en el entorno de la cueva", dijo Alex Keene, Ph.D., autor principal y profesor asociado de ciencias biológicas, Charles E. Schmidt College of Science de la FAU."Nos coloca en una posición para identificar las causas biológicas que subyacen a la probabilidad de respuesta reducida y otros cambios que observamos entre los peces de las cavernas y los peces de superficie".
Keene señala que quizás lo más interesante es la diferencia en la probabilidad de respuesta en la que el pez de las cavernas Molino, que divergió de los peces de superficie más recientemente, fue significativamente más sensible que cualquiera de las otras poblaciones, con larvas de Pachon, originarias de la población más ancestral, exhibiendola segunda probabilidad de respuesta más alta.
"El hallazgo de que múltiples poblaciones desarrollaron independientemente fenotipos similares nos da una forma de examinar cómo se pueden modificar los circuitos de escape", dijo Keene.
A pesar de no tener ojos, los peces de las cavernas podrían detectar la luz y percibir los estímulos que se avecinan, lo que aumenta la posibilidad de que la luz module su respuesta de inicio C. Para evaluar la influencia de la entrada visual en las respuestas de inicio C de los peces de superficie y de las cavernas, los investigadores analizaron ambospoblaciones en condiciones de luz y oscuridad. La presencia de luz no tuvo un efecto detectable sobre la probabilidad de respuesta, la latencia de respuesta o la velocidad angular en los peces de las cavernas o de la superficie. Sin embargo, sí influyó en el ángulo de curvatura máxima.en el ángulo de curvatura máximo en comparación con los peces de las cavernas. Aunque pudieron percibir la luz a esta edad, la presencia o ausencia de luz no tuvo ningún efecto observable en las respuestas del pez de las cavernas de Pachón.
Para evaluar las diferencias en la capacidad de respuesta a los estímulos acústicos, los investigadores cuantificaron la probabilidad de iniciación del inicio C en los peces de superficie y en el pez de las cavernas de Pachon con múltiples intensidades de vibración. Descubrieron que los peces de las cavernas de Pachón tenían más probabilidades que los peces de la superficie de iniciar un inicio de C en respuestaa vibraciones de mayor intensidad 31 y 35 decibeles, pero no 28 decibeles.
"Curiosamente, todas las poblaciones de cuevas analizadas en nuestro estudio exhibieron una velocidad angular reducida. Además, es probable que una latencia más lenta, como la de las larvas de Pachón, disminuya la probabilidad de una evasión exitosa", dijo Alexandra Paz, primera autora, unaEstudiante de doctorado de la FAU y asistente de investigación en el Departamento de Ciencias Biológicas ". Estos datos sugieren que las respuestas de inicio C de los peces de las cavernas, especialmente de la población de Pachon, pueden ser menos efectivas para una evasión exitosa de depredadores. Debido a que no se han identificado depredadores en elcuevas, es posible que este cambio sea el resultado de una depredación disminuida en el ambiente de la cueva. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Florida Atlantic University . Original escrito por Gisele Galoustian. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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