Se revela la navegación de los murciélagos
Un murciélago egipcio de la fruta (Rousettus aegyptiacus), la especie en la que Finkelstein et al. descubrió nuevas neuronas de dirección de la cabeza que forman brújulas neuronales tridimensionales que se utilizan para representar la orientación espacial. ) en Naturaleza. Arseny Finkelstein, estudiante de doctorado en el Instituto de Ciencias Weizmann en Rehovot, y sus colegas usaron un dispositivo de seguimiento recientemente desarrollado para monitorear los ángulos de la cabeza de los murciélagos de la fruta egipcios (Rousettus aegyptiacus) que se comportan naturalmente mientras registran los impulsos eléctricos de células cerebrales individuales.
Finkelstein le dijo a The Scientist que los murciélagos acrobáticos eran modelos ideales para examinar en busca de una brújula mental compleja. “Debido a que hay tantos maestros del espacio tridimensional, vimos que si queremos comenzar a comprender y tratar de analizar los componentes neuronales…
Los investigadores descubrieron que los murciélagos tienen la dirección de la cabeza células sensoras que responden a la direccionalidad en el plano horizontal, o azimut, que los científicos descubrieron hace tres décadas en roedores. Pero el equipo también encontró nuevos tipos de celdas de orientación: las que respondían al cabeceo, la orientación vertical, el balanceo o la inclinación hacia la izquierda o la derecha, además de celdas que respondían a combinaciones de esas orientaciones. Todas estas células se combinan para codificar una brújula toroidal o con forma de rosquilla dentro de los sustratos neurales de los murciélagos que les ayudan a orientarse en el espacio mientras realizan hazañas aéreas impresionantes, a menudo en condiciones de poca luz o sin luz.
Obtuvieron una puntuación extremadamente alta en este estudio. , dijo David Rowland, un postdoctorado en el laboratorio de May-Britt y Edvard Moser en el Instituto Kavli de Neurociencia de Sistemas en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología. Los Moser compartieron un Premio Nobel este año en reconocimiento a sus contribuciones al descubrimiento de las células de rejilla, neuronas que ayudan a los mamíferos a generar un sistema de coordenadas para navegar por su entorno. A diferencia de los murciélagos, los roedores tienden a operar en un espacio más bidimensional. [Finkelstein et al.] abrieron este sistema de dirección de la cabeza de dos a tres dimensiones, lo que obviamente es un gran paso adelante para nuestro campo, agregó Rowland.
Finkelstein y sus colegas determinaron que los murciélagos que estudiaron tenían neuronas en la región hipocampalparahippocampal del cerebro que trabajan juntas para formar una representación del espacio tridimensional que el animal luego usa para sentir dónde y cómo se coloca su cuerpo dentro de ese espacio. Al implantar electrodos en miniatura más delgados que los cabellos humanos en los cerebros de los murciélagos a los que se les permitió gatear o volar a través de arenas experimentales, los investigadores registraron los impulsos nerviosos de los nuevos componentes: células de cabeceo, células de balanceo y células que responden a combinaciones de información de orientación utilizada para construir esta brújula mental. . Y la imagen de esa brújula que emergió parecía más toroidal o en forma de rosquilla que esférica. Combinando entradas de todos los diferentes tipos de células, los murciélagos mantienen una representación toroidal del espacio tridimensional, lo que les permite rastrear con mayor precisión su posición mientras dan vueltas, giran y se ladean a través de sus hábitats. Esta brújula tridimensional más compleja puede diferenciar a los murciélagos de los roedores, que tienden a desorientarse más cuando se les da la vuelta, por ejemplo. [Los murciélagos] son más similares a los primates que a los roedores, dijo Finkelstein.
Los resultados sirven para complementar la creciente comprensión de los investigadores sobre cómo el cerebro de los mamíferos integra paquetes complejos de información sobre el mundo. Una brújula tridimensional es algo difícil de construir porque los movimientos en 3D son complicados de procesar, las rotaciones en los diferentes planos interactúan y es importante en qué orden ocurren y se procesan las rotaciones, escribió la neurocientífica del comportamiento Kate Jeffery del University College London en un correo electrónico a El científico. Este es un problema de integración complicado y aún no tenemos idea de dónde o cómo ocurre. Averiguar podría arrojar luz sobre una serie de áreas importantes de la neurociencia: cómo el sentido de la orientación se mantiene a través de movimientos tridimensionales complejos, cómo se integran las señales sensoriales (que pueden tener una aplicabilidad más general), cómo se integran las señales inerciales con las señales espaciales y cómo se puede construir un mapa espacial tridimensional.
Mientras tanto, en un artículo de Current Biology publicado hoy (4 de diciembre), investigadores de la Universidad de Tel Aviv muestran que tres especies de murciélagos frugívoros que alguna vez se consideró que dependían principalmente de la visión y no de la ecolocación para la navegación producen clics de sus alas que utilizan para realizar una versión más rudimentaria de ecolocalización.
Es realmente interesante, dijo Nancy Simmons, bióloga evolutiva de murciélagos del Museo Americano de Historia Natural de Nueva York, quien revisó el artículo antes de su publicación, pero no participó en el estudio. Más o menos se ha asumido que toda la familia no era ecolocalizadora de murciélagos.
Cuando el neuroecólogo Yossi Yovel y su postdoctorado Arjan Boonman entrenaron un sofisticado equipo de grabación en murciélagos frugívoros liberados en una habitación completamente oscura, escucharon clics audibles de las alas de los animales voladores. Cuando liberamos estos murciélagos en esta habitación realmente oscura, hicieron algo que nunca antes había escuchado, dijo Boonman. Además, Eonicturis major, la especie cavernícola que observaron los investigadores, chasqueó las alas más fuerte y más que las especies de su estudio que frecuentan los bosques y otros entornos comparativamente mejor iluminados.
Para demostrar que los murciélagos en realidad estaban usando los chasquidos audibles de las alas para ecolocalizarse, los investigadores entrenaron a los animales para que aterrizaran en una superficie sólida y no en una superficie menos firme construida con tela. Los murciélagos podían discernir con precisión, incluso en una habitación oscura, la naturaleza de las dos superficies y usaron los clics de sus alas para navegar hasta la posición adecuada. Yovel y Boonman también excluyeron otros modos de producir los chasquidos, como con la laringe o la lengua, realizando pruebas en las que se sellaron las bocas de los murciélagos y otras en las que se anestesiaron sus lenguas. La única forma en que los científicos pudieron limitar los chasquidos provenientes de los murciélagos de la fruta fue de alguna manera perjudicar el batir de sus alas.
Los hallazgos indican que la ecolocalización, considerada durante mucho tiempo como un rasgo fisiológico muy complejo, puede tienen algunos precursores más rudimentarios. Si bien sigue siendo difícil encontrar un modelo sólido para la evolución de la ecolocalización laríngea sofisticada empleada por los micromurciélagos, esta investigación agrega una nueva pieza al rompecabezas al indicar que la ecolocalización más simple puede desempeñar un papel en esa evolución. Además, las tres especies observadas por Yovel y Boonman son una buena representación evolutiva de las aproximadamente 59 especies que componen la familia de los murciélagos frugívoros del Viejo Mundo, lo que indica que es probable que la táctica se use ampliamente en toda la familia. Brock Fenton, un biólogo de murciélagos de la Western University en Ontario que no participó en la investigación, dijo que los hallazgos pueden agregar la ecolocalización a la lista de adaptaciones generalizadas que se desarrollaron muchas veces en varios grupos diferentes. Ahora sabemos que la ecolocación es una especie de veneno, dijo Brock Fenton, biólogo de murciélagos de la Universidad de Western en Ontario. Aparece por todas partes.
Yovel y Boonman dijeron que todavía están sorprendidos de haber descubierto que los murciélagos que normalmente se consideran no ecolocalizadores en realidad emplean la estrategia. Al comienzo de su estudio, los investigadores incluso hicieron una apuesta sobre los resultados, Yovel apostó a que los murciélagos producían chasquidos de alas y que los sonidos eran funcionales. [Boonman] todavía me debe una cena muy cara, dijo.
Tanto el estudio sobre la brújula mental tridimensional de los murciélagos como el artículo sobre los murciélagos de la fruta plantean preguntas intrigantes sobre estos animales un tanto misteriosos. ¿Diferentes murciélagos codifican el espacio tridimensional de diferentes maneras? ¿La brújula está cableada o construida y refinada a través del desarrollo? ¿Cómo producen clics las alas de los murciélagos de la fruta? ¿Cómo detectan y procesan sus cerebros esos sonidos? ¿Cómo evolucionó la ecolocalización en los murciélagos? Como estas preguntas quedan para que las responda el trabajo futuro, Yovel apuesta a que habrá algún cruce entre las dos líneas de investigación. Estoy bastante seguro de que las células descritas por Finkelstein también existen en nuestros murciélagos, dijo. También estoy dispuesto a apostar una comida cara por eso.
A. Boonman et al., Los murciélagos frugívoros que no se localizan producen clics de biosónar con sus alas, Current Biology, doi:10.1016/j.cub.2014.10.077, 2014.
A. Finkelstein et al., Codificación tridimensional de la dirección de la cabeza en el cerebro del murciélago, Nature, doi:10.1038/nature14031, 2014.
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