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O método novo da contagem de células oferece um protocolo robusto para estudar os cérebros animais

Usando uma técnica surpreendentemente simples, os pesquisadores no departamento de Universidade do Arizona da neurociência sucederam em aproximar quantos neurónios compo os cérebros de diversas espécies de abelhas, de formigas e de vespas.

O trabalho revelou que determinadas espécies de abelhas têm uma densidade mais alta dos neurónios do que mesmo algumas espécies de pássaros, visto que as formigas despejaram ter menos neurónios do que esperados originalmente.

Publicado nas continuações do jornal científico da sociedade real B, as marcas do estudo a primeira vez que o método novo da contagem de células foi aplicado aos animais do invertebrado e fornece um protocolo robusto e reprodutível para outros grupos de investigação que estudam os cérebros de animais do invertebrado.

Para mais do que um século, os cientistas tentaram medir e comparar os cérebros e os componentes do cérebro dos animais vertebrados através das espécies nos esforços para tirar conclusões sobre como os cérebros apoiam os animais comportáveis e capacidades cognitivas e exigências ecológicas.

As teorias das capacidades cognitivas dos cérebros animais, incluindo aquelas de sobras fossilizadas dos antepassados evolucionários dos seres humanos, são baseadas em tais medidas.

Com tal fim, os cientistas precisam de saber quantos neurônios compo um cérebro dado. Até recentemente, era extremamente fastidioso e demorado contar ou calcular o número de neurônios em um cérebro, mesmo com computador e sistemas software-baseados.

Por este motivo, havia muito poucos números seguros do neurônio disponíveis para todos os animais, incluindo o cérebro humano. Em lugar de, os pesquisadores do cérebro confiaram nas avaliações e nas extrapolações baseadas em medidas do tamanho ou da massa do cérebro.

Mas essa aproximação pode ser preocupante com as incertezas e as polarizações, de acordo com os autores deste estudo. Por exemplo, quando os animais maiores, em regra geral, tenderem a ter cérebros maiores do que os animais menores, o volume e a massa de um cérebro dado apenas não dizem muito sobre suas capacidades cognitivas.

Como grande ou como pesado um cérebro é não lhe dá a melhor medida das capacidades cognitivas de um animal.”

R. Keating Godfrey, autor principal do estudo e pesquisador pos-doctoral, departamento da biologia molecular e celular, Universidade do Arizona

Porque do “o cérebro pássaro” é realmente um cumprimento

Uma razão principal é que o tamanho de um cérebro é menos relevante para suas capacidades de processamento comparadas com o número de neurônios, ou pilhas de nervo, contem. Isto é análogo à potência de processamento de um computador, que tenha pouco a fazer com o tamanho físico de seu unidade central de processador. Os neurônios são altamente tipos especializados de pilhas encontradas em virtualmente qualquer espécie através do reino animal.

Contraste, por exemplo, a lebre de mar - uma lesma de mar gigante encontrada fora da costa de Califórnia que pode pesar mais de 12 libras - com a drosófila da mosca de fruto. Os anões sozinhos do cérebro de lesma de mar a mosca inteira perto muito, contudo têm apenas 18.000 neurônios, distante menos do que 100.000 da mosca os aproximadamente.

“Apenas porque o cérebro de uma espécie pode ser 10 vezes maior do que aquele de outra não significa que tem 10 vezes tantos como neurônios,” diz o autor superior do papel, Wulfila Gronenberg, um professor da neurociência que dirige um departamento do grupo de investigação da neurociência dedicado a desembaraçar os mistérios de cérebros do insecto.

Considerando que do “o cérebro pássaro” é por mais amplamente utilizado que um termo derrogatório para uma falta da inteligência, ele seja realmente um nome impróprio, Gronenberg diz.

Do “os cérebros pássaro têm muito mais neurônios do que um mamífero típico do tamanho comparável,” diz. Os “pássaros têm que navegar um espaço tridimensional pelo vôo, e a fim obter tudo que a potência de processamento em um pacote pequeno, de pouco peso, seus neurônios é menor e embalou mais densa.”

Cérebros sociais

O grupo de investigação de Gronenberg está interessado nos sustentamentos neuronal dos insectos que vivem nas comunidades sociais, como abelhas ou muitas vespas.

“Nós quisemos saber: Há algo especial sobre os cérebros de insectos sociais?” Godfrey diz.

Especificamente, e seus colegas expor para estudar se “a hipótese do cérebro social”, que foi desenvolvida para animais vertebrados e postula que o tamanho de um cérebro ou de uma região particular do cérebro está correlacionado com o tamanho do grupo social e os comportamentos do grupo, igualmente guardara verdadeiro para insectos sociais.

Com a ajuda dos alunos de licenciatura, Godfrey trabalhou em adaptar uma técnica - desenvolvida em 2005 pelo neurocientista brasileiro Suzanna Herculano-Houzel que revolucionou o campo da neurociência vertebrada - aos cérebros do insecto.

Em vez de cortar cérebros em centenas ou em milhares de secções finas e de contar os neurônios em cada secção, o método exige somente que o tecido de cérebro está homogeneizado. Aquela é a ciência fala para “misturado,” que conduz a uma sopa do cérebro.

“Nós liberamos os núcleos das pilhas assim que nós podemos contá-las,” Godfrey diz. Os “animais vertebrados dedicaram as regiões e as estruturas do cérebro de que você pode provar, mas nos insectos, nós podemos somente realmente squish o tudo isto. Assim nós obtemos uma contagem da densidade do neurônio para o cérebro inteiro.”

Godfrey e seus co-autores compararam as contagens de neurónio com os tamanhos de corpo de uma grande escala dos himenópteros - abelhas, vespas e formigas - e encontrado que os relacionamentos do número do neurônio e do tamanho do cérebro são muito similares àqueles encontrados nos animais vertebrados.

Pondo um número sobre um cérebro da formiga

Determinadas abelhas, a equipe relata, tem números particularmente altos de neurônios, que devem estimular a pesquisa renovada em suas capacidades comportáveis, e de formigas, geralmente, têm menos neurônios do que seus parentes da vespa e da abelha, provavelmente porque não voam e não precisam assim menos potência de cérebro para o processamento do visual e o controle de vôo.

Algumas abelhas, despejou, tem mesmo umas densidades de neurónio mais altas do que alguns dos cérebros os mais compactos do pássaro e do mamífero. Por exemplo, a abelha metálica do suor do verde, que é geralmente - visto no sudoeste e pertence ao género Augochlorella, tem um número particularmente alto de neurônios para seu tamanho do cérebro: aproximadamente 2 milhões pelo miligrama, mais do que as densidades as mais altas encontradas na espécie vertebrada a menor - musaranhos fumarentos nos mamíferos e goldcrests do neurônio nos pássaros.

As formigas, por outro lado, tenderam a vir dentro na gama mais baixa do espectro. Comparado com as abelhas e as vespas, as formigas tiveram cérebros pequenos e relativamente poucos neurónios. Um deserto que colhe a espécie da formiga comum no Arizona atingiu apenas 400.000 pilhas pelo miligrama da massa do cérebro. Considerando que o cérebro desta formiga pesa dentro em menos de 1 miligrama, este animal contenta de um total de 90.000 ou assim de neurónios, avaliações de Gronenberg.

“Nós pensamos que este tem que fazer com a capacidade para o voar, que o faria menos sobre a inteligência mas mais sobre o processamento da informação,” diz. As “formigas confiam na informação do perfume, visto que as abelhas confiam mais na informação visual.”

Como baixo pode você ir?

Estes resultados imploram a pergunta de quantos neurónios a natureza precisa de fazer um cérebro de funcionamento. Os cérebros do invertebrado tendem a ter especializado altamente os neurônios, cada um que executa uma determinada tarefa, de acordo com os autores do estudo, que permite que realizem tarefas com um cérebro pequeno e um pequeno número de neurônios.

Gronenberg aponta à vespa feericamente minúscula como um concorrente forte para “o cérebro o mais minúsculo a concessão no mundo de insecto”. Três costas do cabelo humano, colocadas de lado a lado, cobririam o comprimento de corpo da criatura minúscula, cujo o cérebro consiste em mais pouca de 10.000 neurônios.

“Ainda, esta vespa parasítica pode fazer todas as coisas que precisa de fazer para sobreviver,” Gronenberg diz.

“Pode encontrar um anfitrião, pode acoplar-se, pode colocar ovos, pode andar e pode voar,” diz. “Quando um insecto pequeno puder apenas ter um ou algum neurônio para executar uma função particular, os seres humanos e outros animais vertebrados tendem a ter muitos milhares, ou mesmo dez dos milhares, destes neurônios especializados dedicados a uma tarefa, que permite que nós façam coisas mais precisamente e em uma maneira mais sofisticada.”

Source:
Journal reference:

Godfrey, R. K., et al. (2021) Allometric analysis of brain cell number in Hymenoptera suggests ant brains diverge from general trends. Proceedings of the Royal Society B. doi.org/10.1098/rspb.2021.0199.