Los machos de las moscas de la fruta tienen varios trucos para encontrar pareja, desde detectar feromonas en la oscuridad hasta confiar en señales visuales en la luz.
Ahora, una nueva investigación revela que estos pequeños pretendientes están aprovechando una red flexible de circuitos cerebrales modulares para adaptarse rápidamente a diferentes señales de apareamiento. El estudio, publicado en Naturalezaes el primero en describir cómo diversas especies de moscas de la fruta conectan nuevos estímulos sensoriales, como las feromonas, en un conjunto de circuitos cerebrales básicos sin necesidad de desarrollar nuevas vías neuronales desde cero.
Los hallazgos ofrecen un marco más amplio para comprender cómo el cableado cerebral puede cambiar para influir en la evolución del comportamiento. «La diversidad de comportamientos en todo el reino animal es enorme, pero los mecanismos subyacentes de cómo la evolución moldea los sistemas nerviosos han sido muy difíciles de desentrañar», dice Vanessa Ruta, jefa del Laboratorio de Neurofisiología y Comportamiento. «Aquí descubrimos lo que creemos que es un mecanismo neuronal clave que da a los circuitos cerebrales la flexibilidad de reconectarse entre especies».
Conectar y usar
Uno de los grandes misterios de la evolución del comportamiento es cómo, a medida que las especies se diversifican, los circuitos cerebrales siguen el ritmo de los rápidos cambios en las señales sociales que permiten a los individuos encontrar sus parejas ideales. Los comportamientos de cortejo, por ejemplo, evolucionan rápidamente, lo que hace difícil imaginar que el cerebro de la mosca se reinvente por completo cada vez que una nueva feromona ingresa al repertorio de Drosophila.
Pero hasta ahora no era posible identificar en qué parte del sistema nervioso actúa la evolución para alterar el comportamiento, por lo que las características clave que hacen que tales circuitos sean tan adaptables seguían siendo un misterio. El grupo de Ruta recurrió a las moscas de la fruta, donde especies estrechamente relacionadas comparten cerebros similares pero dependen de señales muy diferentes para los rituales de apareamiento. D. simulanspor ejemplo, se basa principalmente en señales visuales para encontrar pareja, mientras que D. yakuba desarrolló una nueva capacidad para usar feromonas para encontrar pareja incluso en completa oscuridad. Estas y otras variaciones presentaron una oportunidad para estudiar cómo cerebros similares detectan y perciben diferentes señales sociales.
«Comenzamos a buscar partes del cerebro que podrían estar preparadas para la flexibilidad», dice Rory Coleman, primer autor del estudio y becario postdoctoral en el laboratorio Ruta. «Estábamos buscando características que pudieran hacer que el circuito fuera intrínsecamente adaptable, puntos potenciales de evolución que impulsen la diversificación del comportamiento».
Después de comparar los circuitos de detección de feromonas en múltiples especies (utilizando ensayos de comportamiento, herramientas genéticas, neuroimagen y edición del genoma CRISPR), finalmente seleccionaron las neuronas sensoriales en las patas delanteras masculinas y las neuronas P1 en la parte superior del cerebro como clave para modular el cortejo entre especies. . El equipo descubrió que los componentes neuronales básicos de las conductas de apareamiento de los machos, como las neuronas P1, están presentes en todas las especies, pero se pueden conectar de manera flexible diferentes señales sensoriales a este nodo. Esto permite que las especies de moscas desarrollen diferentes estrategias de apareamiento sin tener que volver a cablear todo su cerebro.
Por ejemplo, los investigadores descubrieron que las neuronas P1 se activaban en respuesta a tipos completamente diferentes de feromonas en D. melanogaster y D. yakuba. Sin embargo, el papel de las neuronas P1 en el inicio del cortejo aún se conservaba en ambas especies. «Un descubrimiento importante de nuestro trabajo es que existen nodos discretos dentro del cerebro de cada una de estas especies que pueden integrar de manera flexible nuevas modalidades sensoriales», dice Ruta. «Esta flexibilidad permite que los nodos conservados como las neuronas P1 aún inicien el cortejo en diferentes especies pero respondan a las distintas señales de sus hembras».
Un cerebro social
Esta investigación cae bajo el paraguas del Price Family Center for the Social Brain de Rockefeller, una iniciativa que se centra en comprender los fundamentos neuronales, celulares y moleculares del comportamiento social. Además de arrojar luz sobre la flexibilidad frente a nuevos estímulos sensoriales, el presente trabajo también ilustra un enfoque experimental para estudiar cómo evolucionan los comportamientos sociales entre especies. «Nuestros resultados demuestran que Drosophila es un sistema poderoso para estudiar la evolución del comportamiento», dice Ruta.
Al examinar cómo las variaciones en los circuitos neuronales dan forma a comportamientos como el apareamiento, el laboratorio espera avanzar en nuestra comprensión de la compleja interacción entre la función cerebral y los comportamientos sociales, proporcionando un marco para comprender cómo se construyen los circuitos sociales para producir comportamientos adaptativos en el cerebro humano. Y si bien las estructuras cerebrales de las moscas y los humanos difieren sustancialmente, es probable que algunos de los principios subyacentes de cómo evolucionan y se adaptan los circuitos neuronales se conserven entre especies.
«Esperamos que estudios evolutivos comparativos como este revelen las reglas básicas que dan forma a cómo se han construido los circuitos neuronales en todo el reino animal, incluidos los humanos», dice Coleman. «Se cree que muchos trastornos neurológicos surgen de un cableado incorrecto de los circuitos», añade Ruta. «Al examinar los circuitos neuronales a través de la lente de la evolución, esperamos arrojar luz sobre qué motivos neuronales pueden cambiar y cómo pueden alterarse, no a través de los estragos de la enfermedad, sino como consecuencia de la selección evolutiva».
