Para los insectos, volar es una forma rápida de moverse para encontrar comida, identificar un compañero y escapar de condiciones desfavorables. Si bien los músculos proporcionan el poder para volar, es el cerebro el que coordina la planificación estratégica. Para una mosca hambrienta, esto podría significarusando su potente olfato para detectar la presencia de alimentos como un plátano podrido y luego navegando la distancia para alcanzarlo, lo que puede requerir volar durante varios minutos o incluso una hora o más. ¿Cómo coordina el cerebro del insecto el tiempo para un vuelo tan largo?combates? Un grupo de científicos del Centro Nacional de Ciencias Biológicas, Bangalore, respondió esta pregunta en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster .
En su trabajo reciente publicado en Biología actual , un equipo dirigido por la profesora Gaiti Hasan y sus colaboradores describen cómo los grupos de diferentes neuronas se conectan para hacer posible el vuelo de insectos durante períodos más largos. Un conjunto de neuronas libera un freno inherente en este circuito, lo que permite a las moscas mantener el vuelo por mucho tiempoduraciones. Si bien los aspectos mecánicos y biofísicos del vuelo de insectos están bien estudiados, la neurobiología y los circuitos subyacentes siguen siendo poco conocidos.
Steffy Manjila, un estudiante graduado en el laboratorio, comenzó este proyecto preguntando primero cuáles son los tipos de neuronas necesarias para mantener un vuelo largo. Las neuronas se comunican entre sí con sustancias químicas llamadas neurotransmisores. Una clase de neurotransmisores llamados monoaminas, como la octopamina, la dopamina y la serotonina son reguladores conocidos del vuelo de los insectos. Particularmente, la pérdida de neuronas octopaminérgicas evita que las moscas de la fruta vuelen por largos períodos. Steffy recapituló este hallazgo anterior y usó herramientas genéticas disponibles en Drosophila para reducir qué neuronas octopaminérgicas en el cerebro de la mosca están activasdurante el vuelo. Luego buscó neuronas que podrían estar hablando con estas neuronas de octopamina e identificó un grupo de neuronas productoras de dopamina conocidas como neuronas Protocerebrales Medial Anterior PAM. Un elegante experimento de imágenes mostró que la activación de las neuronas octopaminérgicas generaba señales de calcio en la PAMneuronas, que es una lectura celular de la actividad neuronal.
Para comprender cómo las neuronas PAM regulan la duración de los vuelos, se investigaron sus proyecciones en una región del cerebro llamada cuerpo de hongo. Esta estructura en forma de hongo es muy parecida a una plaza de compras: un lugar lleno de 'actividad' e intercambio de moléculasinformación. Es bien conocido por su papel en el aprendizaje y la memoria. La complejidad del cuerpo del hongo radica en el hecho de que una rama neuronal recibe entradas de otras múltiples en su vecindad. Estas entradas son consolidadas por las neuronas de salida, que transmiten informacióndel cuerpo del hongo para difundir mensajes compuestos aguas abajo.Por ejemplo, en el caso del vuelo, el cuerpo del hongo podría equilibrar el estado de saciedad y hambre con el olor de un plátano maduro, para decidir cuánta energía debería gastar la mosca para alcanzar el plátano.Steffy identificó una clase de neuronas de salida del cuerpo del hongo cuyos brazos estaban muy cerca de los brazos de las neuronas PAM 'moduladoras de vuelo'. Estas neuronas de salida fueron producidas por GABAcélulas cing, un neurotransmisor inhibidor bien conocido, que al unirse a su receptor en otra neurona lo apagaría.¿Por qué el circuito de vuelo tendría neuronas que desactivan otras neuronas?¿No deberían todas las neuronas ser activadas para el vuelo?
"Imagine conducir su automóvil cuesta abajo, con el pie en los frenos. Si desea bajar suavemente la rampa, todo lo que tiene que hacer es relajar el control de los frenos. Eso es exactamente lo que creemos que podría estar sucediendo conlas moscas. En reposo, las neuronas de salida GABAérgicas están activas y liberan GABA. Esto inhibe el vuelo - se presionan los frenos. Sin embargo, poco después del inicio del vuelo, las neuronas dopaminérgicas PAM inhiben activamente las neuronas GABAérgicas, reduciendo así la liberación de GABA. Los frenos en el vueloel circuito ahora está relajado y esto permite a la mosca sostener un combate de vuelo más largo ", explica el Dr. Hasan. En general, este mecanismo probablemente ayuda a la mosca a conservar energía.
Los autores corroboraron sus ideas con algunos experimentos más. Utilizando trucos genéticos, demostraron actividad en las neuronas PAM durante el vuelo. Luego activaron artificialmente las neuronas dopaminérgicas PAM y observaron que la actividad de las neuronas de salida GABAérgica fue silenciada.También hicieron que las neuronas de salida GABAérgicas se "encendieran" continuamente y observaron que estas moscas no podían volar durante largos períodos. Finalmente, en colaboración con los laboratorios del profesor Sanjay Sane en NCBS y el profesor Jean-Francois Ferveur en la Universidad deBourgogne Franche-Comté, Dijon, Francia, demostraron que este circuito recientemente identificado es necesario para que las moscas hambrientas vuelen y lleguen a una fuente potencial de alimentos, pero que no es necesario para otros comportamientos de libre movimiento.
Los autores proponen que la diafonía neuronal similar también permita la locomoción en mamíferos. Por ejemplo, se sabe que en humanos, el GABA liberado de un centro cerebral llamado ganglio basal ayuda a mantener un estado de reposo. Cuando se reciben las señales apropiadas, estos frenos GABAse lanzan para iniciar la locomoción. Por lo tanto, si alguna vez pensó que los frenos fueron diseñados solo para impedir el movimiento, piense de nuevo. ¡En este paradigma biológico, los frenos evitan la actividad de vuelo innecesaria y se alivian solo cuando la mosca necesita emprender un vuelo de larga distancia!
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro Nacional de Ciencias Biológicas . Original escrito por Preethi Ravi y Steffy B Manjila. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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