Cómo funcionan los bigotes de las ratas para orientarse en la oscuridad

* Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel.

Hace más de dos décadas, investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias hicieron un descubrimiento fascinante. En lo profundo de los folículos de los bigotes de ratas, identificaron una clase de neuronas sensoriales con un comportamiento completamente desconocido hasta entonces. Mientras los bigotes se mueven constantemente por el aire con un movimiento rítmico, estas neuronas permanecen en silencio hasta el preciso momento en que un bigote entra en contacto con un objeto. En ese instante, se activan con una precisión asombrosa.

Esto planteó una pregunta fundamental: ¿Qué tipo de ingeniería biológica permite que un sistema sensorial ignore el movimiento generado por el propio animal y responda únicamente al contacto externo? Un nuevo estudio publicado en Nature Communications ofrece una solución evolutiva a este notable desafío de ingeniería.

A diferencia de los pelos comunes, los bigotes de ratas y otros roedores, como ratones o hámsteres, están profundamente incrustados en folículos especializados repletos de mecanorreceptores: grupos de neuronas que envían señales al cerebro mientras los bigotes exploran el entorno.

Hace más de veinte años, la profesora Satomi Ebara, de la Universidad Meiji de Medicina Integrativa en Kioto, Japón, junto con sus colegas, descubrió que los mecanorreceptores se presentan en una rica variedad de tipos, cada uno alojado en su propia capa, tejido y nicho estructural. Sin embargo, se desconocía cómo estas diferencias arquitectónicas afectaban la función de los receptores.

Casi al mismo tiempo, el profesor Ehud Ahissar, junto con Marcin Szwed y el Dr. Knarik Bagdasarian del Instituto de Ciencias Weizmann, descubrió que los mecanorreceptores se dividen en varias clases funcionales. Un grupo, las neuronas de contacto, responde únicamente al movimiento de contacto, independientemente de si los bigotes tocan un objeto. Otro grupo, denominado neuronas del tacto por los investigadores, se activa únicamente cuando los bigotes se doblan ligeramente al entrar en contacto con un objeto externo; permanece completamente inactivo durante el movimiento de los bigotes.

Como se explicó anteriormente, este descubrimiento del equipo de Ahissar desconcertó a los científicos: ¿cómo puede una neurona responder exclusivamente a un tipo de información mecánica?

El nuevo estudio, liderado por el estudiante de maestría Taiga Muramoto bajo la dirección de Ebara, el científico que había mapeado el folículo del bigote más de dos décadas antes, abordó esta cuestión con herramientas modernas. La investigación se llevó a cabo en colaboración con el equipo del profesor Takahiro Furuta, de la Universidad de Osaka, y con Ahissar y Bagdasarian, del Departamento de Ciencias del Cerebro de Weizmann.

Los científicos descubrieron que el folículo del bigote de la rata contiene todo un conjunto de mecanismos mecánicos primigenios: resortes de colágeno, compartimentos estratificados, anclajes de membrana y amortiguadores inerciales, todos aparentemente esculpidos por la selección natural para separar el movimiento propio del tacto externo. Estos mecanismos permiten a las ratas detectar incluso el contacto más sutil con una fidelidad extraordinaria.

El equipo identificó un subtipo distinto de unos 50 mecanorreceptores con forma de maza, entre los cientos de receptores que alberga cada folículo, diseñados específicamente para detectar el tacto activo. La microscopía electrónica de barrido reveló que estos receptores están incrustados en una estructura rica en colágeno que los aísla mecánicamente de las vibraciones generadas durante el batido.

Uno de los hallazgos más sorprendentes fue que esta estructura colágena actúa como un peso suspendido en miniatura dentro del folículo. Como un péndulo pesado que estabiliza un edificio durante vientos fuertes, su inercia amortigua el movimiento inducido por el batido, asegurando que los receptores respondan únicamente al tacto externo genuino.

La función de los mecanorreceptores también se define por su ubicación única: todos se ubican en un anillo de una sola capa cerca del centro de masa del folículo, cerca del punto de pivote sobre el cual gira el bigote. Este punto de apoyo se mueve muy poco durante el movimiento, lo que lo convierte en un lugar ideal para un detector que debe permanecer inmóvil durante el movimiento propio. Al agruparse alrededor de esta zona mecánicamente estable, los receptores, similares a una maza, permanecen inactivos incluso cuando el bigote se mueve vigorosamente por el aire, pero se activan instantáneamente al tocar un objeto.

Las comparaciones con otras especies muestran que los animales que no dependen del batido activo carecen de estos trucos evolutivos. En los gatos, por ejemplo, los receptores tipo maza se encuentran dentro de una matriz de colágeno más laxa que ofrece poco aislamiento mecánico. No están dispuestos en un anillo de una sola capa, no están confinados al centro de masa del folículo ni protegidos por un peso de colágeno suspendido.

Cada lado del hocico de la rata contiene alrededor de 35 bigotes móviles , cada uno de los cuales transmite información mecanosensorial al cerebro a través de cientos de mecanorreceptores ubicados en su folículo.

Las ratas son más activas en la oscuridad y dependen del movimiento de sus sensibles bigotes para percibir con precisión su entorno inmediato. Dado que carecen de una visión nocturna bien desarrollada, la detección basada en los bigotes es vital para su supervivencia —explica Ahissar—.

La evolución ha creado una sorprendente convergencia de biomecánica, arquitectura tisular y procesamiento sensoriomotor para resolver este desafío fundamental en la percepción táctil activa.

La investigación del profesor Ehud Ahissar cuenta con el apoyo de Magnus Konow en honor a su madre Olga Konow Rappaport.