La neurociencia de los insectos

Recientemente, dos colegas del Departamento de Neurofisiología Celular y Molecular del Instituto, María Constanza Silvera y Daniel Prieto, publicaron una revisión que revive grandes hallazgos, algunos de los cuales no estaban disponibles en formato digital o no habían sido publicados previamente.

El trabajo es en sí mismo un experimento; sus autores se refieren a él como “texto vivo”, ya que lo mantendrán actualizado con los descubrimientos más recientes del área a medida que vayan siendo publicados. Compartimos las principales ideas de este trabajo, que revela cómo Uruguay, a pesar de ser un país pequeño, ha realizado contribuciones fundamentales a la Neurociencia global, con repercusiones en la vida de todas las personas.

Los componentes básicos del cerebro

Nuestros grupos de investigación han identificado células y genes clave que juegan un papel crucial en el desarrollo del sistema nervioso, facilitando así la compresión de su funcionamiento.

Por ejemplo Eduardo De Robertis, biólogo celular argentino famoso por describir la estructura de la sinapsis química, el mecanismo por el que se comunican las células nerviosas, logró este resultado por primera vez en 1954 desde el Instituto, luego de observar en insectos, las mismas estructuras que había visto en roedores.

Omar Trujillo-Cenóz y Jacobo Melamed fueron pioneros en investigar qué tipo de células había en los ojos de insectos como la polilla Eumorpha labruscae o la mosca Lucilia sp., así como dónde se situaban y qué función cumplián para captar luz y formar una imagen en el cerebro.

Más recientemente, Rafael Cantera y su equipo, además de estudiar genes clave en el desarrollo del sistema nervioso, probaron que el oxígeno disponible actúa como una señal de control en este proceso.

Cómo sentimos

En Uruguay hemos trabajado mucho para entender cómo sentimos lo que sentimos. Los insectos, justamente, comparten formas de percibir el mundo con nuestra especie; así, nos han servido para develar qué células están implicadas en captar estímulos y procesarlos como señales nerviosas.

En esta historia nos encontramos entonces con trabajos de Omar Trujillo-Cenóz sobre la organización del sistema visual de moscas, coleópteros y lepidópteros que arrojaron resultados sorprendentes. Un ejemplo fascinante es la existencia de estructuras microscópicas en las células visuales llamadas microvellosidades, que actúan como filtro de luz en situaciones clave: permiten que un tipo de moscas que habitan cerca del agua pueda ver y cazar sin que el reflejo del sol en el agua les moleste.

A mediados de los 80 una mujer se convirtió en la primera neurocientífica de Uruguay en trabajar con insectos en 30 años. Con la supervisión de Trujillo, llevó adelante un trabajo donde describieron cómo las células que captan la luz en las abejas, los fotorreceptores, se van diferenciando desde su estadio epitelial hasta su madurez. En cada fase de diferenciación celular las microvellosidades, pequeñas prolongaciones como dedos en la superficie de las células, cambian su longitud y disposición, conforme al desarrollo.

En paralelo, las cucarachas nos sirvieron para conocer cómo funcionan las células receptoras de movimiento, es este caso, de las vibraciones, y las moscas, continúan siendo un gran modelo de investigación. Su olfato bien desarrollado, inspiró a nuestros investigadores a mapear en 3D todos los contactos de células del glomérulo olfatorio, descubriendo características únicas de este sistema sensorial en animales. Recientemente, hemos creado la primera mosca transgénica fluorescente del país como modelo para estudiar señales en el cerebro vivo.

El ciclo de sueño y actividad:

¿Han observado que las hormigas no andan por la noche? Al igual que nosotros, los insectos tienen relojes internos que les indican cuándo dormir y cuándo estar activos. La investigación sobre estos ritmos circadianos ha revelado patrones de sueño y formas de adaptación al entorno conservadas en la evolución. Por ejemplo, el equipo de Cantera observó cómo cambian las conexiones entre neuronas entre el día y la noche utilizando moscas de la fruta Drosophila melanogaster.

Conocer cómo funciona el cerebro de los insectos tiene implicaciones importantes para la salud humana. Al aprender cómo procesan la información y se adaptan a su entorno, podemos obtener perspectivas sobre el funcionamiento de nuestro propio cerebro y visualizar posibles tratamientos para enfermedades neurológicas.

Muchos de estos avances surgieron del impulso al desarrollo científico que ocurrió luego de la segunda guerra mundial en el siglo XX, cuando nuestro Instituto recibió el primer microscopio electrónico del Uruguay gracias al apoyo de la Fundación Rockefeller. En ese momento, el visionario Clemente Estable, discípulo del premio Nobel Santiago Ramón y Cajal, reclutó a Eduardo De Robertis y organizó el Departamento de Ultraestructura Celular.

Con esta poderosa herramienta, la observación y análisis del mundo microscópico revolucionó nuestra comprensión de los mecanismos celulares que subyacen a los fenómenos macroscópicos, que vemos a simple vista. De hecho, este impulso sentó las bases tecnológicas de la bioquímica y la biología celular modernas.

Conclusión:

Nuestra comunidad científica ha hecho, y sigue haciendo, contribuciones extraordinarias al conocimiento del cerebro gracias a los insectos. Sus descubrimientos profundizan nuestra comprensión sobre el funcionamiento de los seres vivos, su relación con el ambiente, y contienen el potencial de mejorar nuestra calidad de vida y la de nuestros pequeños amigos los insectos.

Pueden encontrar el trabajo original en este enlace: https://osf.io/d439p

Uruguayan Insect Research: Seven Decades Shaping Neuroscience