Cómo fue el experimento genético que activó una reserva neuronal oculta y permitió que las moscas vieran como mariposas

Los investigadores de la Universidad de California en San Diego identificaron cómo una modificación genética permitió que las mariposas incorporaran una célula adicional para captar luz en cada unidad de sus ojos compuestos y cómo el cerebro aprovechó neuronas disponibles para procesar esa nueva señal visual.

El trabajo, publicado en Science Advances y divulgado por Earth.com, se centró en la visión del color de estos insectos, que utilizan para localizar flores y reconocer posibles parejas.

Los científicos analizaron el desarrollo ocular de la mariposa dama pintada (Vanessa cardui) y reprodujeron parte de ese proceso en moscas de la fruta mediante edición genética.

Una célula extra para detectar colores

Los ojos compuestos de la mayoría de los insectos están formados por cientos de pequeñas unidades visuales. Cada una contiene receptores capaces de detectar la luz, denominadas fotorreceptores. Las moscas de la fruta suelen tener 8 por unidad, mientras que las mariposas tienen 9.

Esa célula suplementaria amplía las combinaciones posibles de señales luminosas. En especial, permite integrar respuestas a la luz azul y ultravioleta, una radiación que no puede percibir el ojo humano, pero que muchos insectos detectan para orientarse en su entorno.

“Las mariposas ven muchos más colores que las moscas”, afirmó el profesor Michael Perry. El investigador señaló que la incorporación de un fotorreceptor por unidad supuso una excepción en un diseño ocular que se mantuvo en los insectos durante cientos de millones de años.

Para determinar cómo se forma esa célula adicional, el equipo examinó 16 retinas de mariposas en desarrollo, el tejido sensible a la luz situado dentro del órgano visual. Allí observaron qué genes se activaban mientras se construía el sistema visual y compararon esos patrones con el otro insecto en formación.

El gen Lozenge modificó el desarrollo ocular

El análisis mostró que algunas células oculares de las mariposas seguían instrucciones distintas de las células equivalentes de las moscas. Según la investigación, el proceso no requirió crear un mecanismo completamente nuevo, sino modificar uno que ya existía durante el desarrollo del ojo.

Los científicos identificaron al gen Lozenge como una pieza relevante de ese cambio. Al desactivarlo mediante CRISPR, una técnica de edición genética que permite alterar secuencias concretas de ADN, el par habitual de células sensibles al color no se formó de manera normal.

Luego, el grupo modificó en moscas de la fruta 2 señales genéticas: una relacionada con Lozenge y otra con Notch, un sistema de comunicación entre células. Algunas unidades visuales de los insectos alterados pasaron a tener 9 fotorreceptores y 2 células vinculadas a la detección de pigmentación.

Los autores llamaron “moscas-mariposa” a esos ejemplares. No obstante, aclararon que sus estructuras oculares no eran réplicas exactas de los de una mariposa: algunas unidades conservaron su estructura habitual y otras desarrollaron disposiciones poco comunes.

Formas de captar señales luminosas

Tener 2 células que detectan color, en vez de una sola, permite que cada unidad visual del ojo combine las señales de luz de más formas. Cada una de esas células puede ser de 2 tipos. Cuando solo hay una, las opciones son limitadas: puede ser de un tipo o del otro.

Con 2 células, pueden aparecer 3 combinaciones: ambas del primer tipo, ambas del segundo o una de cada tipo. Las moscas modificadas desarrollaron las 3 variantes en distintas partes de sus ojos.

El experimento no comprobó, sin embargo, que esos insectos distingan más colores en su conducta cotidiana. La investigación modificó la estructura del ojo, pero no evaluó si las moscas podían tomar decisiones visuales más precisas fuera del laboratorio.

El cerebro ya tenía neuronas de reserva

La pregunta siguiente era si el cerebro lograría recibir la información de los nuevos fotorreceptores. El equipo esperaba que una célula ocular adicional necesitara una modificación genética paralela para hallar una neurona compatible. En cambio, encontró que el cerebro ya producía células nerviosas de reserva durante su desarrollo.

En las moscas normales, algunas de esas neuronas sobreviven al conectarse con sus parejas adecuadas y otras desaparecen porque no encuentran una conexión. En los ejemplares con fotorreceptores extra, se conservó un 32% más de esas neuronas visuales. La comparación incluyó 7 cerebros normales y 10 modificados.

“Cuando les proporcionamos a esas neuronas sobrantes algo a lo que conectarse, sobrevivieron y se conectaron correctamente, de inmediato”, explicó Perry. El estudio indicó que las nuevas células del ojo se vincularon con los tipos apropiados de neuronas y no de forma aleatoria.

Una polilla reúne ambas configuraciones visuales

Los investigadores citaron a la polilla esfinge Manduca sexta como un caso que ilustra la convivencia de ambas configuraciones. En la mitad inferior de su ojo hay 2 células sensibles al color por unidad, mientras que en la mitad superior suele haber una sola.

Esa observación no demuestra que las mariposas hayan evolucionado exactamente por el mismo camino. Sí muestra, según los datos disponibles, que las 2 disposiciones celulares pueden presentarse en un único ojo. Por ahora, el estudio concluye que el cerebro puede utilizar nuevas señales sensoriales sin requerir un rediseño completo de sus circuitos.