Las colonias de ratas topo desnudas tienen sus propios dialectos únicos
ARRIBA: Las ratas topo desnudas tienen un impresionante repertorio vocal de 17 sonidos únicos. El más común, el chirrido suave, puede usarse para distinguir entre colonias y ratas topo individuales. FELIX PETERMANN, MDC
Cada colonia de ratas topo desnudas habla su propio dialecto único de chirridos, una característica social que parece mediada por la reina de las colonias y aprendida durante la adolescencia, según un estudio publicado el 29 de enero en Science. Esta capacidad de modificar y adaptar el lenguaje puede ser el primer ejemplo en un roedor de aprendizaje de producción, el tipo de aprendizaje de lenguaje que usamos los humanos para crear nuevos sonidos en respuesta a nuestras experiencias, abriendo un nuevo sistema modelo para estudiar la evolución conjunta de la complejidad vocal y social.
Es sorprendente encontrar un nuevo modelo de un animal social que tiene dialectos, dice Thomas Park, un neurobiólogo de la Universidad de Illinois en Chicago que ha estudiado ratas topo desnudas durante décadas y no participó en la investigación actual. Lo sabemos por pájaros cantores, delfines, elefantes y algunos primates no humanos, pero tener esta habilidad en un roedor de laboratorio es realmente fenomenal. Es un paradigma completamente nuevo.
Las ratas topo desnudas (Heterocephalus glaber) han desconcertado a los científicos desde la década de 1970. Más allá de sus cuerpos sin pelo y arrugados, estos roedores son muy tolerantes al dolor, tienen una resistencia inusual a muchos tipos de cáncer y viven durante décadas. Además, a pesar de ser funcionalmente ciegos y casi sordos, se encuentran entre los mamíferos más sociales, estructurando sus comunidades subterráneas como las de las hormigas o las termitas: una sola reina supervisa una colonia de cientos de obreras y es la única que se reproduce, eligiendo un puñado. de consortes de entre sus subordinados para aparearse.
Al adaptarse a un estilo de vida subterráneo, las ratas topo desnudas han eliminado muchas de las habilidades físicas que los humanos asocian más con la comunicación. Básicamente, han abandonado todo lo que no necesitan, pero, sorprendentemente, han ampliado su repertorio vocal, dice Alison Barker, neurobióloga del Centro Max Delbrck de Medicina Molecular en Alemania y coautora del nuevo estudio. Tan pronto como los conocí, pensé Wow, este es un organismo perfecto para estudiar. . . cómo se organizan las unidades sociales.
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Barker decidió estudiar la información social contenida en las 17 vocalizaciones únicas más comunes de las ratas topo: el suave chirrido, usado como llamada de saludo. Para determinar cómo la llamada podría diferir entre colonias o individuos, el equipo entrenó un algoritmo de aprendizaje automático utilizando más de 36 000 vocalizaciones individuales en siete colonias. El algoritmo analizó cada llamada en ocho características acústicas, incluido su tono, frecuencia máxima y asimetría, e identificó patrones clave. La lógica era que si una máquina puede aprender esto, entonces hay algunas características de los datos que el cerebro de una rata topo también podría aprender, dice Barker a The Scientist.
El algoritmo pudo distinguir entre colonias con una precisión del 74 por ciento en promedio, y dentro de una colonia, pudo identificar ratas topo individuales con una precisión de entre el 45 y el 84 por ciento. Entre las ocho variables analizadas en cada llamada, la frecuencia máxima de las vocalizaciones y su asimetría o la diferencia de frecuencia entre el comienzo y el final de la llamada fueron las más predictivas.
A continuación, el equipo probó si las ratas topo reconocer la información social transmitida a través de los chirridos y modificar su comportamiento en respuesta. Colocaron ratas topo en una cámara entre dos tubos y emitieron llamadas a través de los tubos de animales de su propia colonia y de otras colonias. Las ratas topo respondieron a todas las llamadas con su propio chirrido de respuesta, pero respondieron con más fuerza a las llamadas hechas en su dialecto nativo. Este hallazgo se mantuvo incluso cuando los investigadores generaron llamadas artificiales que seguían patrones nativos de frecuencia máxima y asimetría para mostrar que las ratas topo respondían al dialecto y no simplemente a una voz que reconocían.
Los investigadores colocaron ratas topo desnudas en un centro cámara con dos tubos de ramificación. En un extremo, un micrófono reproducía audio de ratas topo de la misma colonia o de otra diferente. En todos los casos, las ratas topo prefirieron los sonidos de otros roedores (designados por S en el espectrograma) al silencio y respondieron con sus propios chirridos (designados como R), pero respondieron con más fuerza a los topos que hablaban el mismo dialecto específico de la colonia. Este patrón se mantuvo incluso cuando los investigadores crearon chirridos artificiales para determinar si las ratas topo respondían al reconocimiento individual sobre el dialecto de la colonia. De AJ Barker et al., Science 371: 503, 2021 (DOI: 10.1126 /ciencia.abc6588). Usado con permiso, AAAS.
Este uso del aprendizaje automático permitió a Barker y a su equipo generar y aprovechar un volumen de datos que habría requerido miles de horas de esfuerzo humano para analizar incluso hace unos años, dice Sonja Pyott, una neurobiólogo molecular del Centro Médico Universitario de Groningen en los Países Bajos que ha publicado un capítulo de libro con Barker pero no participó en el estudio actual.
Un desafío para trabajar con este tipo de datos de sonido radica en la hecho de que las colonias de ratas topo desnudas están constantemente llenas de parloteo y ruido, lo que dificulta analizar las llamadas individuales. Para evitar esto, los investigadores separaron previamente a las ratas topo y grabaron sus llamadas individualmente, una práctica que no preserva el contexto social de la comunicación. Al introducir las vocalizaciones colectivas de una colonia en el algoritmo, que luego podría identificar distintos chirridos, el equipo pudo estudiar llamadas individuales mientras mantenía intacto su contexto social. Realmente hicieron un análisis tan bueno y cuidadoso utilizando enfoques realmente modernos como el aprendizaje automático, le dice Pyott a The Scientist.
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Para determinar aún más si estos dialectos son genéticos o aprendidos, Barker llevó a cabo un par de experimentos de trasplante de cachorros en los que tres cachorros jóvenes fueron criados en nuevas colonias antes de que aprendieran a hablar. Luego, ella y sus colegas compararon sus chirridos con los de los cachorros criados en sus colonias nativas. Los tres cachorros adoptivos aprendieron a hablar el dialecto de sus familias adoptivas, lo que sugiere que estas vocalizaciones únicas se aprenden y no están codificadas en el genoma.
La reina controla muchos aspectos de la colonia, y no sabemos cómo funciona esto.
Alison Barker, Centro Max Delbrck de Medicina Molecular </blockquote
Durante el transcurso del experimento, una colonia también sufrió una serie de golpes durante los cuales dos reinas consecutivas fueron asesinadas y reemplazadas por nuevas hembras. Estos eventos le dieron al equipo la oportunidad de estudiar cómo la presencia de una reina mantiene diferentes aspectos de la colonia, como la estabilidad del dialecto del grupo. Esta es la pregunta del millón de dólares en la investigación de la rata topo desnuda, dice Barker. La reina controla muchos aspectos de la colonia, y no sabemos cómo funciona esto.
Cuando la colonia estaba sin reina, el período que los autores llamaron anarquía, su dialecto se volvió más variable, con el poder predictivo del algoritmo. para esa colonia cayendo del 75 por ciento al 39 por ciento. Este tentador hallazgo, le dice Barker a The Scientist, sugiere que la reina puede estar usando algún tipo de proceso hormonal para suprimir las vocalizaciones superfluas, manteniendo a todas las obreras cantando de la misma manera, aunque el mecanismo exacto sigue siendo un misterio.</p
Un gran indicio en apoyo de la hipótesis de la hormona se produjo cuando los investigadores observaron las variaciones individuales en los chirridos suaves. Ciertas ratas topo desnudas parecían tener un pase libre para ser más vocales, y casi siempre eran machos reproductores. Creemos que la reina está permitiendo esto porque los machos le cantan durante el intercambio de cortejo, y eso le gusta, dice Barker.
Otra pregunta candente que surge del estudio es si las ratas topo desnudas son verdaderos aprendices de producción que pueden crear nuevos sonidos en respuesta a la experiencia, o si son aprendices de uso, lo que significa que moldean un conjunto de vocalizaciones de memoria para nuevas circunstancias, como lo hacen los gatos y ciertos primates no humanos como los monos rhesus. Los hallazgos del estudio, aunque necesitan más confirmación, proporcionan alguna evidencia de que las ratas topo desnudas están modificando sus vocalizaciones, cambiando el tono y la asimetría de sus llamadas para adaptarse a su reina de manera que reflejan cómo los humanos forman el habla.
Movimiento En el futuro, Barker planea investigar más a fondo si las ratas topo desnudas realmente dependen del aprendizaje de producción y cómo se procesan sus comunicaciones en el cerebro. Creo que las ratas topo desnudas estarán en algún punto intermedio entre el verdadero aprendizaje de producción y el aprendizaje de uso, dice ella. Sabemos que tienen un vocabulario bastante definido, pero el hecho de que esta llamada estándar parezca ya tener algo de modulación de frecuencia es un poco más de lo que vemos en algunas de estas otras especies que son puramente aprendices de uso. Desentrañar la comunicación de las ratas topo puede contribuir en gran medida a comprender cómo evolucionó el lenguaje junto con la complejidad social. Barker et al., Transmisión cultural del dialecto vocal en la rata topo desnuda, Science, doi:10.1126/science.abc6588, 2021.