Cerebro de mosca? Entendiendo la relación entre genes y comportamiento a través de los insectos

Cuando la mayoría de la gente escucha sobre investigación en neurociencias, los insectos y otros invertebrados definitivamente no son lo primero que viene a la mente. De hecho, el descubrir que los bichos tienen un cerebro suele ser una gran revelación (incluso para neurocientíficos novatos). Sin embargo, estos pequeños y molestos seres han abierto las puertas a importantes descubrimiento sobre los principios fundamentales del funcionamiento cerebral.

Los insectos son preferidos por los biólogos por mera comodidad. Sus pequeños sistemas nerviosos son capaces de producir comportamientos complejos idénticos a los de animales “superiores”, pero encasillado en un mundo con muchas menos neuronas. Mientras que un humano utiliza billones de células grises para cada acción, una abeja require de un millón y una mosca de la fruta subsiste con tan sólo 100 000 (Chiang 2011; Giurfa, 2013). Éstas son suficientes, afortunadamente. Abejas, moscas de la fruta, hormigas, avispas, polillas, mariposas, grillos y saltamontes, han demostrado ser capaces de aprender y memorizar más de un estímulo sensorial predictor de una recompensa o un castigo; estos animalitos pueden recordar dicho estímulo a corto y largo plazo, conformando modelos de ambos tipos de memoria. Por ejemplo, una abeja puede ser entrenada para relacionar un olor de solución con sucrosa, su postre favorito. Después de pocas repeticiones, las abejas empiezan a extender sus proboscis, o lengua en miniuatura, al percibir el olor relacionado sin requerir de la presencia del azúcar (Giurfa, 2013). Quienes sepan de los famosos experimentos de Pavlov verán la similitud con sus resultados en perros (quienes por cierto tienen cerebros más poblados que las abejas).

El comportamiento de los insectos, tan fascinante, no se queda en simples correlaciones. Volviendo a las abejas y sus primos, los abejorros, estudios han demostrado que los insectos pueden aprender a reconocer la diferencia entre dos estímulos y no sólo el significado del estímulo por sí mismo. Si un abejorro es entrenado a relacionar un color con agua azucarada y tiende a cometer errores cuando se le presenta otro color parecido al primero, reaccionando como si fuera a recibir azúcar; sin embargo, si este segundo color se relaciona con un estímulo negativo – solución de quinina, por ejemplo – los resultados mejoran significativamente (Chittka, 2003). La complejidad requerida para estos experimentos muestra que los insectos son un excelente modelo para entender muchos comportamientos.

Tener comportamiento simples e intrincados es una gran ventaja de todo sujeto estudiado por las neurociencias – o cualquier ciencia – pues es lo que lo hace interesante. Sin embargo, en el mundo neurocientífico la pregunta obvia es por qué alguien habría de estudiar moscas pudiendo estudiar ratones o ratas, que al final son más tiernos y apapachables. La respuesta viene no del lado del comportamiento en sí, en donde ratones y moscas son comparables, sino del lado de los genes. Todo comportamiento deriva de dos fuentes: la influencia del medio y la determinación génica. Si bien nadie ha dado una medida concisa sobre cuánto afecta cada uno de esos dos, estudiosos del cerebro comparten la idea de que toda acción tiene influencia de ambos.

Controlar el ambiente ha sido la meta de prácticamente todos los estudios de laboratorio en las últimas décadas. Tratar a cada sujeto bajo las mismas condiciones asegura que si algo es diferente en el ambiente podrá ser relacionado con cualquier cambio en el comportamiento bajo observación. Estudios en vertebrados e invertebrados respetan este orden básico. No obstante, el mismo control en cuanto a las características genéticas cuenta otra historia. Los estudios en vertebrados, como ratas y ratones, pueden aegurar que sus animales son genéticamente idénticos. Tal como lo hacen los estudios en insectos. Lo que los estudios en vertebrados no pueden proveer aún es un mecanismo accesible y eficiente que permita manipular a los sujetos genéticamente de tal forma que el efecto de genes únicos sea visible en el comportamiento bajo observación. Y aquí es donde los insectos son excelentes.

El cerebro pequeño de los insectos permite estudiar células individuales y observar circuitos enteros dedicados a cierta acción. Los genes relacionado con estas actividades pueden ser modificados de forma directa y su efecto visto casi de inmediato. Por ejemplo, estudios en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster mostraron los principales genes relacionados con el reloj circadiano, dedicado a coordinar nuestas actividades cada 24 horas. Este sistema se ha definido con tal precisión que las mismas moléculas fueron buscadas en vertebrados, comprobando que el funcionamiento básico es el mismo (Greenspan & Dierick, 2004). Drosophila ha explicado también la posible función de varias moléculas de señalización a nivel celular, la estructura de multiples vías metabólicas, el modo de desarrollo del sistema nervioso y los principales problemas que determinan la aparición de variadas patologías (Chan & Bonini, 2000; Letsou & Bohmann, 2005).

Estos resultados no implican que nuestro ser interior es una mosca que comió demasiadas hamburguesas y ahora es físicamente más grande. Lo que estos resultados resaltan es la similitud evolutiva entre verterbrados e insectos, la cual permite utilizar a los segundos como modelos simplificados de estudio. El pequeño costo, la facilidad de mantemiento y su alta tasa reproductiva, hace que investigar en insectos sea más económico y eficiente; sus ciclos de vida más cortos aceleran la observación de los efectos experimentales; y sus pequeños cromosomas, también menores en número, permiten mutaciones y cruces con alta probabilidad de éxito.

Las neurociencias no encontrarán todas las respuestas en los bichos. Hablar de emociones, deseos o aspiraciones con una mosca es imposible desdes nuestra perspectiva. Sin embargo, las neurociencias sí pueden – y deben – utilizar a estos pequeños compañeros del mundo para resolver preguntas básicas sobre la organización del cerebro, las moléculas básicas detrás del comportamiento y bases neurales de nuestras más complicadas acciones. Al final, los insectos nos enseñan que nuestra complejidad no lo es más que en nuestra propia mente.

Autor: Andrea Soto Padilla
Referencias:
1.Chan, H., Bonini, N. 2000. Drosophila models of human neurodegenerative disease. Cell death and differentiation 7; 1075-1080.
2.Chiang et al. 2011. Three-Dimensional Reconstruction of Brain-wide Wiring Networks inDrosophila at Single-Cell Resolution. Curr. Biol. 21 (1); 1-11.
3.Chittka et al. 2003. Psychophysics: Bees trade off foraging speed for accuracy. Nature 424; 388.
4.Giurfa, M. 2013. Cognition with few neurons: higher-order learning in insects. Trends in neurosciences 36(5); 285-294.
5.Greenspan, R. Dierick, H. 2004. ‘Am I not a fly like thee?’ From genes in fruit flies to behavior in humans. Human molecular genetics 13 (2); 267-273.
6.Letsou, A., Bohnmann, D. 2005. Small flies – big discoveries: nearly a century of Drosophila genetics and development. Developmental dynamics 232; 526-528.