Luz en el cerebro

Las larvas de pez cebra sin ojos ni glándulas pineales aún pueden responder a la luz usando fotopigmentos ubicados en lo profundo de sus cerebros. Publicados hoy (20 de septiembre) en Current Biology, los hallazgos son los primeros en vincular las opsinas, fotorreceptores ubicados en el hipotálamo y otras áreas del cerebro, con un aumento de la natación en respuesta a la oscuridad, un comportamiento que, según la hipótesis de los investigadores, podría ayudar los peces se mueven hacia ambientes mejor iluminados.

[Es una] fuerte demostración de que los fotorreceptores dependientes de opsina en áreas profundas del cerebro afectan los comportamientos, dijo Samer Hattar, quien estudia la recepción de la luz en mamíferos en la Universidad Johns Hopkins, pero no no participar en la investigación.

Los fotorreceptores de los ojos permiten la visión, y los fotorreceptores de la glándula pineal, una pequeña glándula endocrina situada en el centro del cerebro de los vertebrados, regulan los ritmos circadianos. Pero los fotorreceptores también se encuentran en otras áreas del cerebro tanto de invertebrados como de linajes de vertebrados. La función de estos fotorreceptores extraoculares se ha estudiado mejor en las aves,…

Se ha informado de muchas opsinas en los cerebros de diminutas y transparentes larvas de pez cebra, lo que plantea la posibilidad de que la luz pueda estimular los fotorreceptores incluso a gran profundidad. en el cerebro. Para probar los comportamientos que pueden ser regulados por fotorreceptores cerebrales profundos, Burgess y sus colegas en el laboratorio Wolfgang Drievers de la Universidad de Freiburg extrajeron los ojos de las larvas de pez cebra y compararon su comportamiento con las larvas que conservaron sus ojos. Aunque la mayor parte del comportamiento dependiente de la luz requería ojos, las larvas sin ojos respondieron cuando se apagaron las luces, aumentando su actividad durante varios minutos, aunque en menor medida que las larvas de control. Pero el hecho de que respondieran sugiere que los fotorreceptores no retinales contribuyeron al comportamiento.

Para confirmar el papel de los fotorreceptores del cerebro profundo, los investigadores también probaron larvas sin ojos que habían sido modificadas genéticamente para bloquear la expresión. de fotorreceptores en la glándula pineal. Este pez aún mostró este salto en la actividad durante varios minutos después de entrar en la oscuridad.

Dos tipos diferentes de opsina, melanopsina y opsina de múltiples tejidos, se expresan en el mismo tipo de neurona en el hipotálamo del pez cebra. Burgess y sus colegas observaron al pez cebra al que le faltaba el factor de transcripción Orthopedia, que es exclusivo de estas neuronas, y descubrieron que el aumento de actividad inducido por la oscuridad está casi ausente en estos peces. Para reducir aún más la búsqueda de los fotorreceptores responsables, los investigadores sobreexpresaron la melanopsina en las neuronas del hipotálamo que coexpresan Orthopedia y melanopsina, y descubrieron que aumentaba la sensibilidad del pez cebra sin ojos a las reducciones de luz. Los resultados apuntan tanto a la melanopsina como a la ortopedia como actores clave en la modulación de este comportamiento y señalan la ubicación de las neuronas que coexpresan estos factores en el hipotálamo del pez cebra.

Curiosamente, el hipotálamo es una de las partes más antiguas de los vertebrados. cerebro, dijo Detlev Arendt, biólogo del desarrollo del Laboratorio Europeo de Biología Molecular en Heidelberg. Es muy posible que esta sea una de las funciones más antiguas, una que evolucionó en organismos no visuales que no tenían ojos pero que aún necesitaban sentir la luz.

Aunque no es tan dirigido y eficiente como los comportamientos dependientes de los ojos que ayudan a los peces. nadar hacia la luz, Burgess especula que las opsinas cerebrales profundas aún pueden beneficiar a las larvas de pez cebra. Podrías imaginar una situación en la que no puede ver la luz, si una hoja cae sobre él y no sabe dónde nadar. Creo que este comportamiento lo pone en un estado hiperactivo en el que nada salvajemente durante varios minutos hasta que alcanza suficiente luz para que los ojos lo dominen, explicó, y señaló que ese comportamiento es común en los invertebrados.

Queda por Se verá si estas opsinas cerebrales profundas regulan otros comportamientos, tal vez de manera similar a la regulación hormonal estacional en las aves, pero Hattar cree que es probable. Más allá de toda duda razonable, existen muchas funciones para estos fotorreceptores del cerebro profundo.

AM Fernandes et al., Los fotorreceptores del cerebro profundo controlan el comportamiento de búsqueda de luz en las larvas de pez cebra, Current Biology, 22:1-6, 2012.

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