¿Cortejar o comer? Esa es la cuestión
Todos pasamos por esto. Esperaste años para atraer la atención de alguien, pero de repente no puedes aguantar las ganas de ir al baño. Quieres continuar con una conversación y todo lo que realmente puedes pensar es en comer. El teléfono está sonando pero la comida está a punto de quemarse en la cocina. Aunque pensamos que somos maestros del multi-tasking, simplemente hay cosas que no podemos hacer a la vez. En muchas situaciones, tenemos que tomar una decisión, hacer una elección comportamental.
Los animales no son diferentes en ese sentido. En determinadas situaciones, un animal tendrá que elegir entre dos actividades que son importantes pero incompatibles. Pero, ¿cómo elegir? O, más específicamente, ¿cómo sabe el cerebro cuál es la elección correcta?
En un artículo reciente, investigadores de la Universidad de Birmingham se hicieron esa pregunta utilizando nuestro organismo modelo favorito, la mosca Drosophila melanogaster. El estudio dirigido por la Dra. Carolina Rezaval investigó cómo las moscas deciden entre dos comportamientos muy importantes para su supervivencia: alimentarse o cortejar a una hembra. Los autores analizaron los mecanismos neuronales subyacentes, es decir, qué neuronas específicas en el cerebro y qué señales del ambiente e internas del animal son esenciales para tomar esta decisión.
Si un macho tiene mucha hambre y está excitado sexualmente eligirá comer por sobre cortejar a una hembra. Esto no es porque el macho esté débil y no pueda cortejar. De hecho, si otro macho (también hambriento y preparado para un poco de acción) se enfrenta a una hembra y no hay comida disponible, la cortejará tan vigorosamente como lo haría un macho bien alimentado. Esto quiere decir que el macho está eligiendo activamente la comida por sobre la hembra.
Entonces, si sus opciones son morir de hambre o probar su suerte con la hembra, el macho irá por la comida. Hasta ahora, no parece una decisión tan difícil.
Pero no todo es blanco o negro.
Por un lado, tan pronto como tenga algo de comida en su panza, el macho comenzará directamente a cortejar a la hembra. A su vez, los autores encontraron que esta decisión es gradual: cuanto más hambrientas estén las moscas, más tiempo pasarán comiendo en lugar de cortejar. Por otro lado, si los machos han copulado recientemente, preferirán la comida a una pareja sexual, incluso si no tienen tanta hambre.
Las elecciones de comportamiento son flexibles y dependen de nuestro estado interno (¿tengo hambre? ¿Estoy excitado sexualmente?), así como de las opciones externas (¿hay comida disponible? ¿Hay una posible pareja sexual en la habitación?).
Si hay una decisión que tomar, entonces el cerebro está probablemente involucrado.
¿Pero qué neuronas?
Las neuronas son células dentro de nuestro cerebro y sistema nervioso que son responsables de recibir información sensorial, controlar la actividad muscular y comunicar la señal eléctrica en cada paso intermedio. En la mayoría de los casos se trata de células excitables eléctricamente con un alto grado de compartimentación: las dendritas, el soma o cuerpo celular y el axón.
La transmisión de la información comienza con la detección de una señal en las dendritas que desencadena un cambio en las propiedades eléctricas de la neurona. Si esos cambios son lo suficientemente grandes, inician lo que se llama un potencial de acción que se propaga a través del soma hacia el axón. En el axón el cambio de propiedades eléctricas de la membrana celular causado por el potencial de acción desencadena una cadena de acciones que termina con la liberación de una señal (eléctrica o química) hacia otra neurona o músculo.
La región donde se conectan dos neuronas, o una neurona y una célula muscular, se llama sinapsis. Esencialmente, hay dos tipos de sinapsis: sinapsis químicas y eléctricas.
En el caso de una sinapsis química, cuando el potencial de acción alcanza la punta del axón (la terminal axonal), esto desencadena la liberación de vesículas llenas de neurotransmisores (vesículas sinápticas) fuera de la neurona y hacia la hendidura sináptica (el espacio entre las dos células en comunicación). Existen varios tipos diferentes de neurotransmisores de diferente naturaleza molecular, pero todos se unen a receptores específicos en la membrana de la segunda neurona (neurona postsináptica) o célula muscular y activan (encienden) o inactivan (apagan) esas células.
Las sinapsis eléctricas son un poco menos comunes, pero son increíblemente importantes para la comunicación entre neuronas, especialmente cuando se requieren reacciones muy rápidas como en los reflejos defensivos. En una sinapsis eléctrica, las dos neuronas están muy cerca una de la otra y forman canales (gap junctions) a través de los cuales pasa la corriente eléctrica, pero también moléculas muy pequeñas como sal, vitaminas, azúcar y aminoácidos.
Y aquí es cuando las cosas se ponen interesantes.
Por suerte, los científicos contaban con dos excelentes herramientas de la mosca Drosophila: el potente sistema UAS-GAL4 y la posibilidad de hacer un rastrillado o screen a gran escala fácilmente.
Por medio del uso del sistema UAS-GAL4 los autores pudieron: activar (encender) o inactivar (apagar) artificialmente las neuronas para ver qué efectos tienen en el comportamiento y reducir los niveles de ciertas moléculas para ver si son importantes.
Además, los autores se asociaron con un grupo de la Universidad de Oxford que estudió qué señales encienden y apagan neuronas específicas a través de la expresión de marcadores de actividad, una vez más, utilizando el fabuloso sistema UAS-GAL4.
Para activar/inactivar o simplemente seguir la activación de neuronas, los autores utilizaron herramientas genéticas que se utilizan ampliamente en la mosca Drosophila.
Expresaron un canal iónico sensible a la temperatura (TrpA1) en la membrana de las neuronas candidatas. Cuando la temperatura es alta, el canal se abre y deja entrar los iones calcio y sodio, lo que desencadena la activación de la neurona.
Para bloquear la actividad de las neuronas, expresaron la proteína de cadena ligera de la toxina del tétanos (TNT). Esta proteína va a las terminales neuronales donde bloquea la transmisión sináptica. En ese caso, incluso si la neurona recibe la información para activarse, la comunicación muere allí, ya que no puede transmitirla más allá.
Finalmente, para seguir la actividad de las neuronas, expresaron un sensor de calcio dentro de las neuronas candidatas. Cuando una neurona se activa o despolariza los niveles del ion calcio aumentan, y esto conduce a la liberación de neurotransmisores. El sensor de calcio expresado genéticamente (GCaMP) es una proteína fluorescente que aumenta drásticamente su fluorescencia cuando se une al calcio, por lo que puede decirnos si la neurona ha sido activada por una determinada señal o no.
Imaginemos el siguiente escenario. Sospechamos que la neurona X tiene un receptor de membrana para el neurotransmisor adrenalina. Expresamos genéticamente GCaMP en la neurona X y hacemos una pequeña ventana en la cabeza de la mosca para que podamos ver el cerebro (¡y en especial la neurona X!) y colocamos la mosca bajo un microscopio de fluorescencia. Deberíamos poder ver la neurona X con una fluorescencia débil, lo que se conoce como fluorescencia basal. Luego agregamos adrenalina. ¿Qué sucederá? Si estábamos en lo cierto, ¡entonces la fluorescencia dentro de la neurona Y aumentará!
También hay algunos neurotransmisores y neuromoduladores que inhiben la actividad basal de la neurona. En algunos casos, sería posible ver una disminución de la fluorescencia basal de GCaMP, pero existen mejores herramientas genéticas para estudiar la inhibición neuronal.
¿Y qué encontraron?
Los investigadores descubrieron que hay dos grupos de neuronas que están moduladas de manera opuesta por el grado de hambre (señal interna) y la presencia / ausencia de alimentos (señal externa), y el equilibrio entre estas dos poblaciones de neuronas determinará si se favorece el comportamiento de cortejo o de alimentación.
Estas neuronas son las neuronas PLP y las neuronas P1, la primera promueve la alimentación y la última, el cortejo.
¿Cómo actúa el estado de hambre en estas neuronas?
La molécula de señalización tiramina se produce normalmente en la mosca y actúa como una señal de saciedad. Si el animal ha comido lo suficiente, la tiramina aumenta, disminuye la actividad de las neuronas PLP y suprime la alimentación.
Además, la tiramina activa a las neuronas P1, promoviendo el cortejo.
Entonces, en una mosca bien alimentada, la tiramina está alta, y el animal come menos y corteja más.
Cuando las moscas están hambrientas, los niveles de tiramina disminuyen. Con menos tiramina, hay menos supresión de la alimentación.
A eso se le suma que si hay comida disponible esto también activa a las neuronas PLP y reprime a las neuronas P1.
Entonces, si la mosca tiene hambre y hay comida disponible, las neuronas que promueven la alimentación están muy activas y las neuronas que promueven el cortejo están muy reprimidas, por lo que el cerebro “elige” comer a cortejar.
Por el contrario, si un macho está saciado y excitado sexualmente los niveles de tiramina serán tan altos que elegirá cortejar en lugar de alimentarse.
Este es un mecanismo maravilloso que tiene el cerebro de la mosca para decidir qué comportamiento priorizar (comer o cortejar) teniendo en cuenta las necesidades actuales de la mosca y sus opciones disponibles. ¡Sí, es asombroso!
Como de costumbre, este estudio abre nuevas preguntas interesantes.
- ¿Cómo se coordinan las señales de hambre y saciedad en situaciones menos extremas donde la elección de comportamiento es menos obvia?
- ¿Cómo altera específicamente el hambre los niveles de tiramina?
- ¿Qué pasa en otros animales? ¿Están implicadas neuronas y señales homólogas en este tipo de decisiones en mamíferos?
- ¿Y cómo funciona en otras situaciones conflictivas? ¿Existe otras neuronas como éstas involucradas en la elección entre otros comportamientos, por ejemplo, entre alimentarse o escapar?
Con suerte, obtendremos algunas de estas respuestas en un futuro cercano.
Hasta la próxima, amantes de la mosca.
Nota:
– Este trabajo se publicó en agosto de 2021 en la revista Current Biology. Puede encontrar el trabajo original aquí: Cheriyamkunnel et al., 2021, Current Biology 31, 1–15.
– Este es el primer artículo del laboratorio de la Dra. Carolina Rezaval. Pueden encontrar más información sobre sus proyectos en el sitio web oficial del laboratorio o en su cuenta de Twitter (@crezaval).
– Este artículo es una interpretación de Sci-flies del trabajo de investigación publicado. Sci-flies.com no está afiliado a los autores, instituciones o editores de esta investigación. ¡Lo hacemos porque nos gusta!
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La señora de las moscas desde 2006
Excelente y clara explicación de este interante mecanismo. Felicitaciones Anita
Lo comparto!!!!
Muchísimas gracias, Ger!