Con una visión excepcionalmente aguda y el ataque más rápido del reino animal, Los camarones mantis son depredadores formidables de los arrecifes de coral de todo el mundo. Crédito:Roy L. Caldwell, Departamento de Biología Integrativa, Universidad de California, Berkeley, California
Echando un vistazo de cerca a los sistemas neuronales del camarón mantis, principales depredadores artrópodos del arrecife de coral, investigadores dirigidos por Nick Strausfeld en la Universidad de Arizona y Gabriella Wolff, ahora en la Universidad de Washington, descubrió estructuras cerebrales que, según la sabiduría de los libros de texto, no deberían estar allí.
Conocidos como cuerpos de hongos, estas estructuras, que juegan un papel clave en la formación de recuerdos y el aprendizaje, sólo se había 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 los 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 , señalar uno de los dos posibles escenarios, ambos con la misma probabilidad de provocar revuelo en la comunidad científica. Según Strausfeld, un profesor de Regents en el Departamento de Neurociencia de la UA y el autor principal del artículo, Una interpretación sugiere que los cuerpos de los hongos son mucho más antiguos de lo que los científicos pensaban y se perdieron en casi todos los crustáceos excepto en el camarón mantis. un grupo conocido como estomatópodos que son el grupo hermano de crustáceos como el camarón, langosta y cangrejos. En el otro escenario, Los cuerpos de los hongos evolucionaron independientemente en los estomatópodos y 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, muy probablemente una criatura que habitó el fondo del océano hace más de 550 millones de años. La ramificación exacta del árbol genealógico de los artrópodos en ese momento temprano sigue siendo turbia, una imagen esquemática velada por capas de tiempo profundo y lagunas en el registro fósil.
Al visualizar células y conexiones neuronales en el cerebro del camarón mantis, los autores del estudio muestran que entre los crustáceos, solo los camarones mantis poseen verdaderos cuerpos de hongos. Curiosamente, aunque, También encontraron algunos atributos de estas estructuras icónicas en parientes cercanos del camarón mantis:camarón limpiador, camarones pistola y cangrejos ermitaños terrestres.
Los cuerpos de los hongos del camarón mantis revelan sorprendentes similitudes con los que se encuentran en los insectos. Aquí se muestran las características redes ortogonales de fibras nerviosas del cuerpo en forma de hongo de un camarón mantis (arriba) y una cucaracha (abajo). Crédito:Wolff et al.
Puede que esto no sea una coincidencia, los autores sugieren, 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 que no sea una coincidencia que precisamente esos taxones hayan retenido cuerpos de hongos porque "un impulsor propuesto de la evolución de los cuerpos de hongos grandes es el requisito de recordar las ubicaciones y propiedades exactas de los lugares de donde obtener alimentos, "como escriben los autores.
"En insectos, los cuerpos en forma de hongo son necesarios para el aprendizaje y la memoria, "Dice Strausfeld." Mostramos antes que en las cucarachas son necesarios para memorizar el lugar. Esto puede ser cierto para la mayoría de los insectos. Encontrar esta estructura en un crustáceo es realmente emocionante, porque sugiere que puede haber surgido en el tiempo profundo:un centro antiguo, retenido durante más de 500 millones 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 un papel importante en el aprendizaje y la memoria. Debido a que estos anticuerpos están acoplados a marcadores fluorescentes, los investigadores pueden rastrear las ubicaciones exactas de estas proteínas a medida que describen la arquitectura anatómica del sistema nervioso.
"Cuando estudiamos las secciones teñidas para proteínas de memoria y aprendizaje bajo el microscopio, los lóbulos característicos del cuerpo de los hongos que tipifican los cuerpos de los hongos de los insectos se iluminan muy intensamente, "Dice Strausfeld.
El equipo confía en que las estructuras que identificó son de hecho cuerpos de hongos. Mientras que en el pasado solo se usaban habitualmente tres caracteres neuroanatómicos para identificar estas estructuras distintivas en los cerebros de los insectos, el equipo amplió este conjunto de personajes 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, aunque intrigante, sus hallazgos no proporcionan una conclusión definitiva sobre exactamente cómo y cuándo evolucionaron los cuerpos de los hongos. La hipótesis de que centros idénticos de una complejidad tan asombrosa han evolucionado de manera convergente en los estomatópodos y los insectos es tan fascinante como la alternativa:la de los cuerpos de los hongos que evolucionan temprano en la evolución de todos los artrópodos. Strausfeld y sus coautores no apuestan por que uno sea más probable que el otro.
Cuando los investigadores tiñeron tejido cerebral de camarón mantis para el aprendizaje y las proteínas de memoria conocidas de la mosca de la fruta Drosophila y las estudiaron bajo el microscopio, encontraron que los lóbulos característicos del cuerpo de los hongos que tipifican a sus contrapartes en los insectos "se iluminaron muy intensamente". (Imagen de la izquierda:camarón mantis; imagen de la derecha:cucaracha) La imagen del centro muestra todo el cuerpo del hongo reconstruido en 3-D del camarón mantis. Crédito:Wolff et al.
"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 utilizan su formidable visión para acechar y cazar presas a distancias considerables, los camarones mantis tienen que evaluar y recordar características complejas de su entorno, los autores señalan. Similar, camarones más limpios, El camarón pistola y los cangrejos ermitaños terrestres dependen de habilidades avanzadas de memoria espacial y temporal que no comparten otras especies de crustáceos. que pueden haber perdido sus cuerpos en forma de hongo a lo largo de la evolución.
En estudios anteriores, Wolff y Strausfeld descubrieron estructuras que se asemejan a cuerpos de hongos en taxones que evolucionaron antes que los crustáceos y los insectos. como ciempiés, arañas incluso gusanos planos. Wolff dice:"Creo que lo más probable es que estas estructuras existieran en el último ancestro común de los artrópodos, y las especies que no los tienen los han perdido en segundo lugar ".
Los autores esperan que el estudio de las transcriptomas corporales de los hongos, los patrones de expresión génica que caracterizan a sus neuronas participantes, servirá como árbitro definitivo.
"La pregunta que finalmente queremos responder es:¿Cuál fue el cerebro más antiguo?" Dice Strausfeld. "Nuestra investigación nos da una idea de una estructura cerebral antigua. El cerebro más antiguo no se definió simplemente como el extremo anterior del sistema nervioso, pero algo más elaborado. Las huellas fosilizadas hechas hace más de 520 millones de años nos muestran que incluso los primeros cerebros podían tomar una decisión sobre qué hacer a continuación y adónde regresar. y esas decisiones muy bien podrían haber sido informadas no simplemente por la información sensorial inmediata sino también por el recuerdo ".
