Al igual que una cena de San Valentín o una caja de chocolates, las moscas macho de la fruta tienen sus propios rituales para cortejar a una posible pareja.

Como parte de un complejo comportamiento de cortejo, los machos hacen vibrar sus alas para producir una canción distintiva que transmite un mensaje a las hembras cercanas. Utilizando información interna y señales de las hembras y del entorno, los machos deciden de momento en momento si cantar y cómo.

Aunque los científicos ahora saben mucho sobre cómo los movimientos de las moscas producen canciones, todavía no está claro qué células y circuitos en el sistema nervioso de la mosca permiten ese comportamiento.

Ahora, utilizando un conjunto de herramientas novedosas, incluido un estudio de grabación de moscas hecho a medida, investigadores del Campus de Investigación Janelia del HHMI han identificado el grupo de neuronas en el cordón nervioso, una estructura análoga a nuestra médula espinal, que produce y modela los dos músculos de la mosca. Principales canciones de cortejo. También midieron la actividad neuronal en estas células mientras las moscas cantaban para comprender cómo estas neuronas controlan cada tipo de canción.

El resultado es una visión en profundidad de cómo el sistema nervioso de la mosca coordina un comportamiento social complejo y genera múltiples movimientos utilizando un conjunto común de músculos, información que podría 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 de todo el mundo investigar más a fondo cómo evolucionó el comportamiento y cómo se producen las señales.

“La combinación de varios enfoques experimentales nos permitió examinar las propiedades estructurales, fisiológicas y funcionales del circuito de la canción para aprender cómo se producen estos comportamientos”, dice Joshua Lillvis, científico investigador que dirigió uno de los dos proyectos para caracterizar los circuitos neuronales. “Pero además de eso, creo que será un gran recurso para la comunidad que la gente explotará durante muchos años”.

Comportamiento de modelado

La bien estudiada mosca de la fruta es una herramienta clave para los neurocientíficos que investigan los fundamentos neuronales del comportamiento.

“Es un gran modelo para programas motores complejos y comunicación entre los sexos y cómo evolucionan esas comunicaciones”, dice el líder senior del grupo Janelia, David Stern, autor principal de la investigación. “Esas preguntas son difíciles de responder en cualquier otro sistema”.

Debido a que las moscas se estudian tan activamente, ahora hay muchas herramientas nuevas disponibles para investigar estas preguntas, incluidas herramientas genéticas para apuntar a células específicas y conectomas que mapean las neuronas de la mosca y sus conexiones.

“Todas las piezas se están uniendo ahora para permitir una comprensión realmente profunda de cómo estas conductas son construidas e interpretadas por la mujer y luego cómo estas conductas están evolucionando”, dice Stern.

Una pregunta, dos enfoques

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.

Un proyecto, dirigido por Lillvis, utilizó una colección de moscas genéticamente modificadas desarrolladas en Janelia que se dirigen a más de 40 tipos diferentes de células que se conectan a las alas y al cordón nervioso de la mosca. Estas cepas de moscas permitieron realizar pruebas sistemáticas de las funciones que desempeñan las diferentes neuronas en la generación de canciones de cortejo.

El equipo utilizó un estudio de grabación de moscas hecho a medida para grabar 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, completado por los investigadores y colaboradores de Janelia el año pasado, para rastrear cómo las neuronas estaban conectadas entre sí.

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 una canción, la más ancestral de las dos, mientras que un subconjunto de neuronas en el circuito produce la segunda canción, más recientemente evolucionada.

“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.

Para ello, los investigadores utilizaron un novedoso instrumento que Shiozaki desarrolló en Japón y que llevó a Janelia en su maleta. Utilizando la combinación de dispositivo de grabación y microscopio, el equipo pudo obtener imágenes de la actividad neuronal en el cordón nervioso de la mosca mientras el insecto cantaba, algo que no se había hecho antes. Esto permitió al equipo determinar qué neuronas contribuían a diferentes aspectos del comportamiento.

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.

Para Shiozaki, ver que el proyecto se haga realidad es un sueño a largo plazo, un sueño que él y Lillvis esperan aprovechar mientras investigan más a fondo cómo evolucionó el canto de las moscas, incluso en diferentes especies de moscas de la fruta.

“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.

El artículo se publica en la revista Current Biology.

Fuente: phys.org