Las moscas macho de la fruta (Drosophila melanogaster) tienen sus propias rutinas para cortejar a las potenciales parejas. Como parte de un complejo comportamiento de cortejo, los machos hacen vibrar sus alas para ‘interpretar’ un canto distintivo con la intención de ‘enamorar’ a las hembras.
Las canciones informan a las hembras cercanas la especie del ‘cantor’ y la ‘calidad’ del macho. Utilizando información interna y señales de las hembras y del entorno, los machos deciden cuándo y qué cantar.
Aunque los científicos saben desde hace tiempo cómo los movimientos de las moscas producen canciones, todavía no estaba claro qué células y circuitos en el sistema nervioso de la mosca permiten ese comportamiento.
Utilizando un conjunto de herramientas novedosas, incluido un estudio de grabación hecho a medida, investigadores del Campus de Investigación ‘Janelia’, del Instituto Médico Howard Hughes, han identificado el grupo de neuronas en el cordón nervioso, una estructura análoga a la médula espinal humana, que produce y modela los dos músculos de la mosca.
Los autores del estudio, que se ha publicado en ‘Current Biology’, también midieron la actividad neuronal en estas células mientras las moscas cantaban para comprender cómo estas neuronas controlan cada tipo de canto.
Moscas de la fruta. / Getty Images
El resultado del estudio es una visión detallada de cómo el sistema nervioso de la mosca coordina un comportamiento social complejo y genera múltiples movimientos utilizando un conjunto común de músculos. Esta información puede ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo otros animales, incluidos los humanos, implementan acciones sofisticadas.
El trabajo también proporciona un nuevo mapa de las neuronas del cordón nervioso necesarias para el canto de cortejo de las moscas, lo que permitirá a investigadores analizar más a fondo cómo evolucionó el comportamiento y cómo se producen las señales.
Comunicación entre los sexos
«La combinación de varios enfoques experimentales nos permitió examinar las propiedades estructurales, fisiológicas y funcionales del circuito que produce el canto y aprender cómo se producen estos comportamientos», señala Joshua Lillvis, uno de los autores del estudio.
«Es un gran modelo para programas motores complejos y comunicación entre los sexos y cómo evolucionan esas comunicaciones», apunta sobre la mosca de la fruta David Stern, autor principal de la investigación.
Debido a que las moscas están muy bien estudiadas, hay muchas herramientas nuevas disponibles, incluidas algunas genéticas para apuntar a células específicas y conectores que mapean las neuronas de la mosca y sus conexiones.
Aprovechando muchas de estas nuevas herramientas, los investigadores de Janelia se propusieron investigar las neuronas y los circuitos subyacentes a los movimientos que producen los cantos de cortejo de las moscas de dos maneras diferentes pero complementarias.
Los investigadores utilizaron para ello una colección de moscas genéticamente modificadas. Estas cepas de moscas permitieron realizar pruebas sistemáticas de las funciones que desempeñan las diferentes neuronas en la generación de canciones de cortejo.
Mosca de la fruta iluminada por luz roja. / Avi Jacob / BIU Microscopy unit
El equipo utilizó un estudio de grabación de moscas hecho a medida para registrar las canciones generadas por 96 moscas simultáneamente. A medida que activaban o silenciaban cada tipo de célula mientras las moscas cantaban, los investigadores pudieron descubrir el papel de diferentes neuronas en la generación de la señal.
Analizaron más de 1.800 horas de canto de más de 5.000 moscas macho para cuantificar cómo los cambios en la actividad neuronal afectaban a las diferentes características de los dos cantos. Una vez que identificaron las neuronas involucradas, el equipo utilizó el conectoma del cordón nervioso ventral de la mosca para rastrear cómo las neuronas estaban conectadas entre sí.
Dos tipos de canciones
El equipo descubrió que una pequeña cantidad de neuronas son fundamentales para producir cantos de moscas y que estas células forman un circuito superpuesto y altamente conectado que genera los dos tipos principales de cantos.
El circuito completo de neuronas produce un canto, el más ancestral (pulsado) de las dos, mientras que un subconjunto de neuronas en el circuito produce el segundo canto, más recientemente evolucionado (sinusoidal). «Creemos que este podría ser un mecanismo común: a medida que un animal desarrolla nuevos comportamientos, toma una parte de los circuitos que ya existen y modifica lo que hacen», dice Lillvis.
En un proyecto complementario dirigido por el científico investigador de Janelia, Hiroshi Shiozaki, los investigadores examinaron la actividad neuronal de las moscas cantantes para comprender cómo las neuronas producen la canción.
Combinando dispositivo de grabación y microscopio, el equipo pudo obtener imágenes de la actividad neuronal en el cordón nervioso de la mosca mientras cantaba, algo que no se había hecho antes. Esto permitió determinar qué neuronas contribuían a diferentes aspectos del comportamiento.
Mosca de la fruta. / Jose Casal / Peter Lawrence
Sorprendentemente, estos dos enfoques convergieron en la misma conclusión: un circuito anidado controla ambos tipos de canciones. Los resultados también sugieren que hay una vía en el cerebro que define cuándo cantar y otra vía que especifica qué tipo de canción cantar. Estas vías de ‘cuándo’ y ‘qué’ proporcionan información a las neuronas del cordón nervioso, activando diferentes células en el circuito anidado que permiten la producción de diferentes canciones.
«Es emocionante porque abre muchas direcciones nuevas para estudiar la evolución a largo plazo del comportamiento y un análisis más detallado de cómo se producen los comportamientos motores complejos», dice Shiozaki.
Informe de referencia: https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(24)00015-0
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