Investigando de cerca los sistemas neuronales de los camarones mantis, los principales depredadores de artrópodos del arrecife de coral, los investigadores dirigidos por Nick Strausfeld en la Universidad de Arizona y Gabriella Wolff, ahora en la Universidad de Washington, descubrieron estructuras cerebrales que, segúna la sabiduría de los libros de texto, no debería estar allí.
Conocidas como cuerpos de hongos, estas estructuras, que juegan un papel clave en la formación de recuerdos y aprendizaje, solo se habían encontrado en insectos, hasta ahora. Los hallazgos parecen cuestionar el escenario más común que describe cómo evolucionaron las estructuras cerebrales en los artrópodos.
Dado que se ha aceptado universalmente que los insectos evolucionaron a partir de crustáceos, y los cuerpos de hongos son exclusivos de los insectos o eso parecía, la mayoría de los biólogos están de acuerdo en que estas estructuras cerebrales únicas evolucionaron después de que el linaje de los insectos se separó del linaje de los crustáceos.
Las implicaciones del estudio, que se publica en la revista de acceso abierto eLIFE , señale uno de los dos escenarios posibles, ambos igualmente propensos a despertar revuelo en la comunidad científica. Según Strausfeld, profesor de regentes en el Departamento de Neurociencia de la UA y autor principal del artículo, una interpretación sugiere que el hongolos cuerpos son mucho más antiguos de lo que los científicos creían y se perdieron en casi todos los crustáceos, excepto el camarón mantis, un grupo conocido como estomatópodos que es el grupo hermano de los crustáceos, como el camarón, la langosta y los cangrejos. En el otro escenario, los cuerpos de hongos evolucionaron independientemente en estomatópodosy son análogos a sus contrapartes en los insectos, a través de un proceso conocido como evolución convergente.
Compuesto por más de 4 millones de especies, los artrópodos son el grupo de animales más grande y diverso, incluidos los crustáceos, insectos y arañas. Se cree que todos los artrópodos descienden de un ancestro común, probablemente una criatura que habitó el fondo del océano más de 550hace millones de años. La ramificación exacta del árbol genealógico de los artrópodos en ese momento sigue siendo turbia, una imagen incompleta velada por las capas de tiempo profundo y las lagunas en el registro fósil.
Al visualizar las células y las conexiones neuronales en los cerebros de los camarones mantis, los autores del estudio muestran que entre los crustáceos, solo los camarones mantis poseen verdaderos cuerpos de hongos. Sin embargo, también encontraron algunos atributos de estas estructuras icónicas en parientes cercanos delos camarones mantis: camarones más limpios, camarones pistola y cangrejos ermitaños que viven en la tierra.
Esto puede no ser una coincidencia, sugieren los autores, argumentando que entre los crustáceos, el camarón mantis y sus parientes son el único grupo conocido que depende de la memoria de las ubicaciones exactas. Por lo tanto, puede no ser una coincidencia que precisamente esos taxones hayan conservado hongoscuerpos porque "uno de los impulsores propuestos de la evolución de los grandes cuerpos de hongos es el requisito de recordar las ubicaciones y propiedades exactas de los lugares de donde obtener alimentos", como escriben los autores.
"En los insectos, los cuerpos de hongos son necesarios para el aprendizaje y la memoria", dice Strausfeld. "Hemos demostrado antes que en las cucarachas son necesarias para memorizar el lugar. Esto puede ser cierto para la mayoría de los insectos. Encontrar esta estructura en un crustáceo es realmenteemocionante, porque sugiere que puede haber surgido en el tiempo profundo: un centro antiguo, retenido durante más de medio billón de años, para realizar esta función ".
Usando una técnica conocida como inmunohistoquímica, Wolff y Strausfeld primero prepararon secciones muy delgadas de tejido cerebral de camarón mantis y aplicaron anticuerpos que detectan específicamente ciertas proteínas conocidas por desempeñar papeles importantes en el aprendizaje y la memoria. Debido a que estos anticuerpos están acoplados a marcadores fluorescentes, los investigadorespuede rastrear las ubicaciones exactas de estas proteínas a medida que describen la arquitectura anatómica del sistema nervioso.
"Cuando estudiamos las secciones teñidas para el aprendizaje y las proteínas de memoria bajo el microscopio, los lóbulos característicos de los hongos que caracterizan los cuerpos de los hongos se iluminan muy intensamente", dice Strausfeld.
El equipo confía en que las estructuras que identificó son en realidad cuerpos de hongos. Mientras que en el pasado solo tres caracteres neuroanatómicos se usaban rutinariamente para identificar estas estructuras distintivas en cerebros de insectos, el equipo amplió este conjunto de caracteres a 14 y, según Strausfeld, "para nuestro deleite, al igual que los insectos, los camarones mantis revelan cada uno de ellos"
Los autores del estudio reconocen que, si bien son interesantes, sus hallazgos no proporcionan una conclusión definitiva sobre cómo y cuándo evolucionaron los cuerpos de los hongos. La hipótesis de que centros idénticos de tan asombrosa complejidad hayan evolucionado de manera convergente en estomatópodos e insectos es tan fascinante como la alternativa:el de los cuerpos de hongos que evolucionan temprano en la evolución de todos los artrópodos. Strausfeld y sus coautores no apuestan por uno con más probabilidades que el otro.
"No podemos descartar la convergencia", dice Wolff, "porque es posible que las estructuras complejas evolucionen varias veces, aunque no es el escenario más probable".
Como los principales depredadores que usan su visión formidable para acechar y cazar presas a distancias considerables, los camarones mantis tienen que evaluar y recordar características complejas de su entorno, señalan los autores. Del mismo modo, camarones más limpios, camarones pistola y cangrejos ermitaños que viven en la tierra dependenen habilidades avanzadas de memoria espacial y temporal no compartidas por otras especies de crustáceos, que pueden haber perdido sus cuerpos de hongos en el transcurso de la evolución.
En estudios anteriores, Wolff y Strausfeld descubrieron estructuras que se asemejan a cuerpos de hongos en taxones que evolucionaron antes que crustáceos e insectos, como ciempiés, arañas e incluso gusanos planos. Dice Wolff: "Creo que es muy probable que estas estructuras existieran en el últimoancestro común de los artrópodos, y las especies que no los tienen los perdieron secundariamente "
Los autores esperan que el estudio de los transcriptomos del cuerpo de hongo, los patrones de expresión génica que caracterizan a sus neuronas participantes, sirva como el árbitro definitivo.
"La pregunta que en última instancia queremos responder es: ¿Cuál fue el primer cerebro?", Dice Strausfeld. "Nuestra investigación nos da una idea de una antigua estructura cerebral. El primer cerebro no se definió simplemente como el extremo anterior del sistema nervioso, pero algo más elaborado. Las pistas fosilizadas hechas hace más de 520 millones de años nos muestran que incluso los cerebros más antiguos podrían tomar una decisión sobre qué hacer a continuación y dónde regresar, y esas decisiones podrían haber sido informadas no solo por información sensorial inmediatapero también por recuerdo "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Arizona . Original escrito por Daniel Stolte. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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