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El nuevo método de la numeración celular ofrece un protocolo robusto para estudiar los cerebros animales

Usando una técnica asombrosamente simple, los investigadores en el departamento de Universidad de Arizona de la neurología han tenido éxito en aproximar cuántas neuronas componen los cerebros de varias especies de abejas, de hormigas y de avispas.

El trabajo reveló que ciertas especies de abejas tienen un más de alta densidad de neuronas que incluso un ciertas especies de pájaros, mientras que las hormigas resultaron tener menos neuronas que preveídas originalmente.

Publicado en los procedimientos del gorrón científico de la sociedad real B, las marcas del estudio la primera vez que el nuevo método de la numeración celular se ha aplicado a los animales invertebrados y ofrece un protocolo robusto y reproductivo para otros grupos de investigación que estudiaban los cerebros de animales invertebrados.

Para más que un siglo, los científicos han tentativa medir y comparar los cerebros y los componentes del cerebro de vertebrados a través de especies en esfuerzos de extraer conclusiones sobre cómo los cerebros soportan los animales del comportamiento y las capacidades cognoscitivas y los requisitos ecológicos.

Las teorías de capacidades cognoscitivas de los cerebros animales, incluyendo los de los restos fosilizados de los antepasados evolutivos de seres humanos, se basan en tales dimensiones.

A tal efecto, los científicos necesitan saber cuántas neuronas componen un cerebro dado. Hasta hace poco tiempo, era extremadamente aburrido y que toma tiempo contar o estimar el número de neuronas en un cerebro, incluso con la computador y los sistemas basados en programas.

Por este motivo, había muy pocos números seguros de la neurona disponibles para cualquier animal, incluyendo el cerebro humano. En lugar, los investigadores del cerebro confiaron en los presupuestos y las extrapolaciones basados en mediciones de la talla del cerebro o de Massachusetts.

Pero esa aproximación puede ser cargada con incertidumbres y polarizaciones negativas, según los autores de este estudio. Por ejemplo, mientras que animales más grandes, como regla general, tienden a tener cerebros más grandes que animales más pequeños, el volumen y la masa de un cerebro dado solamente no dicen mucho sobre sus capacidades cognoscitivas.

Cómo es grande o cómo es pesado es un cerebro no le da la mejor dimensión de las capacidades cognoscitivas de un animal.”

R. Keating Godfrey, autor importante e investigador postdoctoral, departamento del estudio de la biología molecular y celular, Universidad de Arizona

Porqué el “cerebro del pájaro” es real un cumplido

Una razón principal es que la talla de un cerebro es menos relevante para sus capacidades de tramitación comparadas con el número de neuronas, o las células nerviosas, contiene. Esto es análogo a la capacidad de cálculo de una computador, que tiene poco a hacer con la talla física de su unidad central de proceso. Las neuronas son tipos sumamente especializados de células encontradas en virtualmente cualquier especie a través del reino animal.

Ponga en contraste, por ejemplo, las liebres de mar - un pedazo de metal de mar gigante encontrado de la costa de California que puede pesar más de 12 libras - con la Drosophila de la mosca del vinagre. Los enanos solos del cerebro del pedazo de metal de mar la mosca entera cerca mucho, con todo ella tiene apenas 18.000 neuronas, lejos menos que 100.000 de la mosca los aproximadamente.

“Apenas porque el cerebro de una especie puede ser 10 veces más grande que el de otra no significa que tiene 10 por tantas neuronas,” dice al autor mayor del papel, Wulfila Gronenberg, profesor de la neurología que dirige un departamento del grupo de investigación de la neurología dedicado a desenredar los misterios de los cerebros del insecto.

Considerando que el “cerebro del pájaro” es tan ampliamente utilizado que un término despectivo para una falta de inteligencia, él es real un nombre incorrecto, Gronenberg dice.

Los “cerebros del pájaro tienen muchas más neuronas que un mamífero típico de la talla comparable,” él dice. Los “pájaros tienen que navegar un espacio tridimensional por vuelo, y para conseguir todos que la capacidad de cálculo en un empaquetar pequeño, ligero, sus neuronas sea más pequeña y cargó más denso.”

Cerebros sociales

El grupo de la investigación de Gronenberg está interesado en los apuntalamientos neuronales de los insectos que viven en comunidades sociales, como abejas o muchas avispas.

“Quisimos saber: Hay algo especial sobre los cerebros de insectos sociales?” Godfrey dice.

Específicamente, ella y sus colegas se establecen para estudiar si la hipótesis del “cerebro social”, que fue desarrollada para los animales vertebrados y postula que la talla de un cerebro o de una región determinada del cerebro está correlacionada con talla del grupo social y comportamientos del grupo, también es verdad para los insectos sociales.

Con la ayuda de estudiantes universitarios, Godfrey trabajó en la adaptación de una técnica - desarrollada en 2005 por el neurólogo brasileño Suzanna Herculano-Houzel que revolucionó el campo de la neurología vertebrada - a los cerebros del insecto.

En vez de cortar cerebros en centenares o millares de secciones finas y de contar las neuronas en cada sección, el método requiere solamente que el tejido cerebral está homogeneizado. Ésa es la ciencia habla para “mezclado,” que da lugar a una sopa del cerebro.

“Liberamos los núcleos de las células así que podemos contarlas,” Godfrey dice. Los “vertebrados han dedicado las regiones y las estructuras del cerebro de las cuales usted puede muestrear, pero en insectos, podemos aplastar solamente realmente el asunto. Conseguimos tan una cuenta de la densidad de la neurona para el cerebro entero.”

Godfrey y sus co-autores compararon las cuentas de neurona con las tallas de carrocería de una amplia gama de himenópteros - abejas, avispas y hormigas - y encontrado que los lazos del número de la neurona y de la talla del cerebro son muy similares a ésos encontrados en vertebrados.

Poner un número en un cerebro de la hormiga

Ciertas abejas, las personas denuncian, tienen determinado números elevados de las neuronas, que deben estimular la investigación renovada en sus capacidades del comportamiento, y de las hormigas, tienen generalmente menos neuronas que sus parientes de la avispa y de la abeja, probablemente porque no vuelan y no necesitan así menos poder mental para el tramitación del contacto visual y los mandos de vuelo.

Algunas abejas, resultó, tiene incluso densidades de neurona más altas que algunos de los cerebros más compactos del pájaro y del mamífero. Por ejemplo, la abeja metálica del sudor del verde, que está común - visto en el sudoeste y pertenece al género Augochlorella, tiene un número determinado elevado de las neuronas para su talla del cerebro: cerca de 2 millones por el miligramo, más que las densidades más altas encontradas en la especie vertebrada más pequeña - musarañas ahumadas en mamíferos y goldcrests de la neurona en pájaros.

Las hormigas, por otra parte, tendieron a venir hacia adentro en el más bajo del espectro. Comparado con las abejas y las avispas, las hormigas tenían pequeños cerebros y relativamente pocas neuronas. Un desierto que cosechaba la especie de la hormiga común en Arizona ascendió a apenas 400.000 células por el miligramo de Massachusetts del cerebro. Considerando que el cerebro de esta hormiga pesa hacia adentro en menos de 1 miligramo, este animal se conforma con un total de 90.000 o tan neuronas, presupuestos de Gronenberg.

“Pensamos que esto tiene que hacer con la capacidad de volarlo, que lo haría menos sobre inteligencia pero más sobre el tramitación de la información,” dice. Las “hormigas confían en la información del olor, mientras que las abejas confían más en la información visual.”

¿Cómo bajo puede usted ir?

Estas conclusión piden la cuestión de cuántas neuronas necesita la naturaleza para hacer un cerebro de funcionamiento. Los cerebros invertebrados tienden a tener neuronas sumamente especializadas, cada uno que realiza cierta tarea, según los autores del estudio, que permite que logren tareas con un pequeño cerebro y una pequeña cantidad de neuronas.

Gronenberg apunta a la avispa de hadas minúscula como competidor fuerte para el “cerebro más minúsculo en la recompensa del mundo de insecto”. Tres cabos de cabello humano, puestos de lado a lado, revestirían la longitud corporal de la criatura minúscula, cuyo cerebro consiste en más poco de 10.000 neuronas.

“Todavía, esta avispa parásita puede hacer todas las cosas que necesita hacer para sobrevivir,” Gronenberg dice.

“Puede encontrar un ordenador principal, puede aparear, puede poner los huevos, puede recorrer y puede volar,” él dice. “Mientras que un pequeño insecto puede apenas tener una o alguna neuronas para realizar una función determinada, los seres humanos y otros vertebrados tienden a tener muchos millares, o aún decenas de miles, de estas neuronas especializadas dedicadas a una tarea, que permite que hagamos cosas más exacto y en una manera más 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.