Agencias

Doce años es lo que tardaron los científicos en mapear el cerebro de un insecto, en dividirlo primero en 5.000 lonjas para luego escudriñarlas y poder así reconstruir todas sus piezas, neurona a neurona. ¿Por qué es importante tener el retrato completo de un cerebro aunque sea el de un pequeño artrópodo?

Hasta ahora la neurociencia ha funcionado con mapas parciales o en el mejor de los casos completos pero de especies con unos pocos cientos o miles de neuronas. El nuevo atlas neuronal de la larva de la mosca del vinagre, el más extenso hasta la fecha, incluye 3.016 neuronas y todas las conexiones entre ellas, 548.000.

"Ahora podemos empezar a estudiar el cerebro tal y como es, su estructura. Podemos, por ejemplo, tratar de entender cómo funciona la integración de los sentidos, dónde se junta la información visual con la olfativa y el tacto, o cómo se combina la memoria con la información que llega nueva", explica a Efe Albert Cardona.

Cardona, del MRC Laboratorio de Biología Molecular en Reino Unido y de la Universidad de Cambridge, es uno de los investigadores que el pasado 9 de marzo publicaron en Science el conectoma cerebral completo -diagrama de las conexiones neuronales- de la larva de "Drosophila melanogaster" (mosca del vinagre).

Método minucioso

Los investigadores, también de la Universidad Johns Hopkins, implementaron un método minucioso y colaborativo. Todo comenzó con la disección de la larva para, con dos pinzas, sacar su sistema nervioso y sumergirlo en un líquido fijador.

Después llegaron los metales pesados, que se añadieron para teñir de forma diferencial las membranas de las células y las proteínas, y luego su conversión a resina para meterla en un horno y endurecerla y poder utilizar así una máquina capaz de hacer finísimos cortes seriados -de 40 nanómetros de grosor- con su cuchillo de diamante.

En total 5.000 tajadas, que se clasificaron por orden. "Es importante no mezclarlas", relata el investigador español.

Una a una fueron pasando por el microscopio electrónico de alta resolución y luego, gracias a un software desarrollado entre otros por Cardona, las imágenes se unieron, en un volumen continuo. Todo se subió a un servidor al que el equipo accede a través de un navegador.

"Una vez ahí empezó el trabajo de reconstrucción de todas las neuronas y conexiones, corte a corte, para lograr la imagen en 3D", agrega.

Primer intento, en 1970

El primer intento de cartografiar un cerebro, un trabajo de 14 años en el gusano redondo, comenzó en los 70 y dio como resultado un mapa parcial y un nobel -por este y por otros logros- a Sydney Brenner, John Sulston y Bob Horvitz.

El conectoma ahora de la larva de la mosca supone un paso muy importante para la neurociencia y servirá para entender la arquitectura general del cerebro, no solo la de este pequeño animal, sino la humana.

La mosca del vinagre es, además, uno de los principales modelos en ciencia porque comparte gran parte de su biología fundamental con nosotros. En este caso, su mapa cerebral puede ayudar a comprender las enfermedades neurodegenerativas.

Por ejemplo, el párkinson aparece cuando un tipo de neuronas llamadas dopaminérgicas mueren y no hay suficiente cantidad de dopamina, un neurotransmisor que participa, entre otros, en la conducta motora.

Mapear el cerebro de la larva de la mosca inducido con párkinson y compararlo con uno sin la enfermedad, puede ayudar a comprender qué está pasando en los circuitos del cerebro o por qué aparecen los temblores, y probar fármacos, recalca Cardona.

Beneficios para la ia

Además de dar pasos en el conocimiento de enfermedades y el pensamiento humano, el primer atlas cerebral de un insecto inspirará nuevas arquitecturas de aprendizaje automático.

"Hemos encontrado -en el mapa- cosas que no sabemos para qué sirven, pero que están ahí y seguro tienen una función. Las redes neuronales terminarán copiándolo", afirmó Cardona.

Las neuronas tienen varias ramificaciones, unas son dendritas, que por lo general actúan como receptores de información, y otras axones, que funcionan como emisores de información a otras neuronas.

Dos terceras partes de las conexiones del cerebro de la larva de la mosca son así, pero en un tercio se repiten otros esquemas, como las conexiones axón-axón o dendrita-dendrita.

Si bien se sabe de su existencia, también en humanos, no se conoce la proporción ni si son accidentales o consistentes y con qué propósito exactamente.

L os mamuts lanudos se caracterizaban por su pelaje y sus orejas pequeñas, estos y otros rasgos estaban ya codificados genéticamente en los primeros ejemplares, pero se fueron definiendo a lo largo de 700.000 años de existencia de la especie vagando por las estepas siberianas.

Un estudio de investigadores suecos que publica Current Biology examinó y comparó genomas de mamuts lanudos, desde los primeros ejemplares a los más modernos, con otros de elefantes africanos y asiáticos actuales para descubrir lo que hacía a los primeros únicos, como individuos y como especie.

Los mamuts lanudos tenían algunos rasgos morfológicos muy característicos, pero hay muchas otras adaptaciones como el metabolismo de las grasas y la percepción del frío que no son tan evidentes porque están a nivel molecular, explicó el primer autor del estudio, David Diez del Centro de Paleogenética de Estocolmo.

El equipo dispuso de los genomas de 23 mamuts lanudos que habían vivido en los últimos 100.000 años, salvo el de uno que corresponde a Chukochya, uno los más antiguos, de hace unos 700.000 años.

El genoma de Chukochya permitió identificar genes que evolucionaron a lo largo de la vida de la especie, con lo que se puede afirmar que sus mutaciones específicas son únicas de los mamuts lanudos y no existían en su ancestros, agregó el también firmante Love Dalén.

El genoma de aquel primer ejemplar conocido compartía aproximadamente el 91,7 % de las mutaciones que provocaron cambios en la codificación de proteínas en los mamuts lanudos más modernos.

Esto significa que muchos de los rasgos que definen a la especie, incluido el pelaje grueso, el metabolismo de la grasa y la capacidad de percibir el frío, probablemente ya estaban presentes cuando divergió por primera vez de su antepasado, el mamut estepario, y fueron evolucionando.

Los primeros mamuts lanudos es posible que tuvieran "las orejas más grandes y su lana era diferente, quizá menos aislante y esponjosa que la de los mamuts lanudos posteriores". agregó Dalén.

El estudio identificó un gen con varias mutaciones que puede haber sido el responsable de sus orejas diminutas, pero también otros relacionados con la vida en ambientes fríos y que los comparten mamíferos árticos actuales no relacionados.

Algunos genes "muy evolucionados relacionados con el metabolismo y el almacenamiento de grasas también se encuentran en especies árticas como renos y osos polares, lo que significa que probablemente existe una evolución convergente de estos genes en mamíferos adaptados al frío", afirmó Díez.