A lo largo de la evolución, los organismos vivos han desarrollado gradualmente sistemas nerviosos más complejos para coordinar funciones sensoriales, motoras y cognitivas cada vez más complejas y controlar el comportamiento asociado.
Recientemente, diferentes proyectos de investigación han demostrado que incluso criaturas simples con sistemas nerviosos difusos pueden exhibir un comportamiento neuronal complejo, por ejemplo el procesamiento de señales visuales o el llamado aprendizaje asociado.
Los investigadores del grupo de Biología Celular y del Desarrollo del Instituto de Zoología de la Universidad de Kiel están estudiando uno de esos organismos multicelulares simples:el pólipo de agua dulce Hidra.
En estudios anteriores, el equipo de investigación del Centro de Investigación Colaborativa (CRC) 1182 "Origen y función de los metaorganismos", dirigido por el profesor Thomas Bosch, encontró conexiones entre el comportamiento alimentario de Hydra y las neuronas implicadas.
Los investigadores identificaron determinadas poblaciones nerviosas del pólipo de agua dulce que controlan, entre otras cosas, la apertura de la boca de los animales. En un estudio de seguimiento, observaron que los animales alimentados reaccionaban de manera diferente a los estímulos alimentarios y también mostraban una locomoción reducida después de la alimentación en comparación con los individuos hambrientos.
En el siguiente paso, los investigadores quieren descubrir cómo los animales integran un estado metabólico complejo como la saciedad y modifican su comportamiento en consecuencia. En su estudio, el equipo de investigación pudo demostrar que el sistema nervioso de Hydra en realidad puede "medir" el estado metabólico interno.
Descubrieron que Hydra tiene dos poblaciones nerviosas específicas e indirectamente conectadas cuya actividad cambia según la sensación de saciedad. Al igual que en los organismos mucho más complejos de los vertebrados, una población de nervios es responsable de la digestión y otra de la integración de la saciedad y los cambios de comportamiento.
En conjunto, estos hallazgos pueden indicar las primeras etapas de un sistema nervioso centralizado. El equipo de investigación CRC 1182, que también participa activamente en el Centro de Investigación Colaborativa 1461 "Neurotronics", publicó sus nuevos resultados en la revista Cell Reports. .
Primero, los investigadores investigaron la influencia directa de la ingesta de alimentos en el comportamiento alimentario de Hydra. Los animales que fueron alimentados con su alimento natural mostraron una reacción limitada a los estímulos alimentarios durante hasta ocho horas después y abrieron la boca significativamente más lentamente o no abrieron la boca.
En experimentos adicionales, el equipo de investigación observó otros cambios de comportamiento que estaban indirectamente relacionados con la ingesta de alimentos. "Por ejemplo, después de alimentar a los animales, mostraron una atracción significativamente menor hacia los estímulos luminosos y una supresión igualmente fuerte de los patrones de movimiento naturales.
"Una posibilidad es que Hydra se mueva hacia la luz en busca de alimento, realizando una locomoción similar a una voltereta. Por lo tanto, la sensación de saciedad inhibe estos patrones de comportamiento, ya que los animales alimentados no tienen que buscar alimento temporalmente", dice el Dr. Christoph Giez, investigador asociado en el grupo de investigación Biología Celular y del Desarrollo.
La actividad de las células nerviosas depende del estado metabólico interno
En el siguiente paso, los investigadores de Kiel investigaron la cuestión de cómo funciona el control neuronal de estos extensos patrones de comportamiento y si la "detección" del estado metabólico se puede detectar en la actividad de determinadas células nerviosas.
"Una población nerviosa específica en la capa de tejido exterior muestra una mayor frecuencia durante la alimentación, independientemente de si todavía hay comida en la cavidad corporal o no. Esta actividad vuelve a disminuir con el tiempo hasta que el animal vuelve a su comportamiento normal de alimentación", dice Giez. .
La actividad de otra población nerviosa en la capa de tejido interno de los animales está determinada por la presencia o no de alimento en el tracto digestivo del animal. Su activación parece depender de la estimulación mecánica de los componentes de los alimentos.
Los investigadores llevaron a cabo otros experimentos funcionales para investigar la relación entre la actividad de estas dos poblaciones de nervios en el llamado endodermo y ectodermo y el comportamiento animal en función de su saciedad.
Cuando eliminaron experimentalmente las neuronas del ectodermo, los animales perdieron la capacidad de moverse y orientarse hacia la luz. Las células nerviosas endodérmicas, por otro lado, están directamente relacionadas con la ingesta y excreción de alimentos.
"Podemos deducir así que la población ectodérmica es la principal responsable de la locomoción y de la integración de los estímulos", afirma Giez. "Al demostrar esta subfuncionalización de las neuronas en un sistema simple, pudimos demostrar que ciertas poblaciones de nervios en Hydra ya pueden asumir funciones centrales similares a las de sistemas nerviosos más complejos".
Finalmente, el equipo de investigación investigó si ciertos péptidos o neurotransmisores asociados con el comportamiento alimentario se producen en diferentes grados en hidras hambrientas y saciadas.
"Hemos descubierto que un determinado neuropéptido se regula significativamente a la baja en animales saciados. Ya se sabía que este neurotransmisor también interviene en el control de la locomoción tipo voltereta de los animales, las contracciones y la regulación de la saciedad en otros cnidarios", afirma Giez. P>
Es posible que este péptido, que sólo es producido por las poblaciones nerviosas implicadas en el comportamiento alimentario, desempeñe un papel importante en la regulación del apetito en Hydra, posiblemente desempeñando un papel en la comunicación indirecta entre las poblaciones nerviosas internas y externas.
En general, los investigadores del CRC 1182 pudieron rastrear la regulación neuronal de la saciedad en Hydra principalmente en dos poblaciones de nervios y sus efectos en todo un espectro de patrones de comportamiento relacionados con la alimentación.
"Esto demuestra que un sistema muy simple como la red nerviosa difusa del pólipo de agua dulce ya es capaz de detectar algo tan complejo como el estado metabólico interno y puede regular los comportamientos relacionados en consecuencia.
"A partir de estas observaciones podremos aprender más sobre cómo funciona esta modulación en organismos más complejos y así aprender gradualmente más sobre los orígenes evolutivos de la sensación de hambre y su desarrollo posterior", afirma el jefe del grupo de investigación. Profesor Thomas Bosch.
Más información: Christoph Giez et al, La saciedad controla el comportamiento en Hydra a través de una interacción de poblaciones de neuronas similares al sistema nervioso central y preentérico, Cell Reports (2024). DOI:10.1016/j.celrep.2024.114210
Información de la revista: Informes celulares
Proporcionado por la Universidad de Kiel
