¿Qué organismos sobreviven y cuáles sucumben cuando cambia el clima? Una pequeña larva de pez proporciona una visión sorprendente de cómo reacciona el cerebro cuando aumenta la temperatura.

"Fue bastante increíble, en realidad. Todo el cerebro se iluminó", dice la estudiante de doctorado Anna Andreassen.

Los organismos vivos, ya sean peces o humanos, tienden a funcionar peor a medida que aumenta la temperatura a su alrededor. Esto es algo que muchos humanos probablemente han experimentado en un día de verano que hace demasiado calor. Pero, ¿qué sucede exactamente dentro del cuerpo cuando la temperatura se vuelve incómodamente cálida?

Los investigadores del Departamento de Biología de la NTNU han combinado tecnología genética y métodos neurofisiológicos para encontrar la respuesta. Su estudio aparece en las Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Queríamos observar los mecanismos que limitan la tolerancia térmica de los organismos. ¿Qué animales sobrevivirán cuando la temperatura de la Tierra aumente debido al cambio climático y por qué? Elegimos observar el cerebro", dice Andreassen.

El cambio climático provoca olas de calor

Las olas de calor que se extienden por los continentes son cada vez más comunes y los animales que viven en el agua experimentan temperaturas que se elevan a niveles letales. Comprender qué limita la supervivencia a temperaturas extremadamente altas es crucial para poder predecir cómo los organismos se enfrentarán al cambio climático.

"La tolerancia térmica es un tema que se ha investigado durante décadas, y la idea de que la temperatura afecta la actividad cerebral es antigua. Lo nuevo es que ahora podemos usar la tecnología genética y la neurofisiología para estudiar el fenómeno", dice Andreassen.

En la NTNU de Trondheim, los investigadores utilizaron larvas de pez cebra recién nacidas para estudiar su actividad cerebral mientras aumentaban gradualmente la temperatura alrededor de las larvas de pez.

"Estos peces han sido modificados genéticamente para que las neuronas en el cerebro emitan luz fluorescente cuando están activas. Podemos ver esta luz bajo un microscopio mientras las larvas nadan. Estas larvas de peces también tienen la ventaja de que son transparentes . Podemos mirar directamente en el cerebro de las larvas vivas", dice Andreassen.

Pierde la capacidad de responder

De esta manera, los investigadores pueden seguir la actividad cerebral mientras aumentan gradualmente la temperatura del agua en la que nadan los peces.

"Podemos ver cómo se comportan las larvas a medida que se calienta. Cuando comienza a calentarse mucho, pierden el equilibrio y comienzan a nadar en círculos, boca arriba".

Los investigadores pincharon las larvas de peces para comprobar su respuesta. Empujaron las colas de las larvas, lo que normalmente desencadena una respuesta de natación.

"A cierta temperatura, los peces dejaron de reaccionar a los pinchazos. Todavía estaban vivos, pero en un sentido ecológico podrían considerarse muertos. En esa condición en la naturaleza, no podrían nadar lejos de los depredadores o encontrar su camino hacia aguas más frías", dice Andreassen, quien agrega que esta condición es solo temporal en los pequeños peces experimentales.

"Están en la misma buena forma tan pronto como los volvemos a poner en agua más fría", dice Andreassen.

El calor apaga el cerebro

Hasta ahora, los experimentos habían ido como esperaban los investigadores. Al hacer brillar la luz frente a los ojos del pez, también pudieron verificar si el cerebro estaba percibiendo impresiones visuales. A medida que aumentaba la temperatura, el cerebro dejaba de responder a los estímulos por completo y quedaba completamente inactivo. Pero luego, cuando subieron un poco más la temperatura, sucedió algo.

"Todo el cerebro se iluminó. Lo más cerca que puedo llegar a describir lo que vimos fue una especie de convulsión", dice Andreassen.

Normalmente, solo ves actividad cerebral en forma de pequeños puntos de luz en partes definidas del cerebro. Ahora, los asombrados investigadores pudieron observar bajo el microscopio cómo la luz fluorescente se esparcía en unos pocos segundos y cubría todo el cerebro de la pequeña larva de pez.

"Sabemos que el cerebro del pez cebra tiene mucho en común con el cerebro humano (el 70 % del material genético es el mismo) y los investigadores han especulado si podría haber una conexión entre lo que vimos en estas larvas de pez y lo que ves en el cerebro de los niños que tienen fiebre", dice Andreassen.

A continuación, los investigadores quieren poner un tipo especial de células cerebrales, las células gliales, bajo el microscopio.

"Lo que nos entusiasma investigar aquí es la actividad de las células gliales durante el calentamiento. Estas células desempeñan un papel central en el suministro de oxígeno al cerebro:controlan el nivel de oxígeno y regulan el flujo sanguíneo y, por lo tanto, el suministro de oxígeno. Porque nosotros puede ver que los niveles de oxígeno afectan la tolerancia térmica, una hipótesis es que el cerebro deja de funcionar porque las células gliales ya no pueden regular el nivel de oxígeno".

Diferencias adelantan evolución

Para observar más de cerca lo que sucedió, los investigadores en Trondheim comenzaron a manipular la cantidad de oxígeno en el agua en la que nadaban los peces, mientras aumentaban la temperatura.

"Para nuestra sorpresa, encontramos que el nivel de oxígeno desempeñó un papel en el control de la tolerancia térmica. Cuando añadimos oxígeno adicional, las larvas de peces se desempeñaron mejor a altas temperaturas, tuvieron una mayor actividad cerebral y también se recuperaron más rápido de la exposición a límites térmicos superiores. en comparación con los peces con poco oxígeno.

Los estudios de otras especies han arrojado resultados contrastantes al probar el efecto de la concentración de oxígeno en la tolerancia térmica.

"Ser 'insensible' a las fluctuaciones en los niveles de oxígeno podría ser una ventaja evolutiva a medida que aumenta la temperatura en la Tierra.

"Los hallazgos muestran que la tolerancia térmica es algo que varía entre las especies. Esta podría ser una característica que determina si una especie es capaz de adaptarse al cambio climático o sucumbirá al aumento de las temperaturas. Muchos organismos viven en ambientes pobres en oxígeno donde las temperaturas pueden volverse rápidamente más altos de lo normal. Serán especialmente vulnerables", dice Andreassen.

Ella da como ejemplo organismos que viven en áreas de agua dulce poco profundas, en ríos o en la zona intermareal.

"Estos son hábitats donde pueden ocurrir grandes fluctuaciones en el nivel de oxígeno, a menudo al mismo tiempo que las fluctuaciones de temperatura. En estos hábitats, es probable que los peces cuya tolerancia térmica está limitada por el nivel de oxígeno tengan más dificultades que los peces que no se ven afectados por él. ."

"Los animales que logran mantener la función nerviosa con bajos niveles de oxígeno podrían ser los que tolerarán mejor las altas temperaturas", dice Andreassen. + Explora más

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