Uma espécie de borboleta tropical com estruturas cerebrais anormalmente expandidas exibe um fascinante padrão de mosaico de expansão neural ligado a uma inovação cognitiva.
O estudo, publicado hoje em Biologia Atualinvestiga os fundamentos neurais da inovação comportamental em Helicônio borboletas, o único gênero conhecido por se alimentar tanto de néctar quanto de pólen. Como parte deste comportamento, demonstram uma capacidade notável de aprender e lembrar informações espaciais sobre as suas fontes alimentares – habilidades anteriormente ligadas à expansão de uma estrutura cerebral chamada corpos em forma de cogumelo, responsável pela aprendizagem e pela memória.
O autor principal, Max Farnworth, da Escola de Ciências Biológicas da Universidade de Bristol, explicou:”Há um enorme interesse em como cérebros maiores podem apoiar cognição aprimorada, precisão comportamental ou flexibilidade. Mas durante a expansão do cérebro, muitas vezes é difícil desembaraçar os efeitos do aumento geral tamanho devido a mudanças na estrutura interna.”
Para responder a esta questão, os autores do estudo aprofundaram-se nas mudanças que ocorreram nos circuitos neurais que suportam a aprendizagem e a memória em Helicônio borboletas. Os circuitos neurais são bastante semelhantes aos circuitos elétricos, pois cada célula possui alvos específicos aos quais se conecta e monta uma rede com suas conexões. Essa rede então elicia funções específicas através da construção de um circuito.
Através de uma análise detalhada do cérebro da borboleta, a equipe descobriu que certos grupos de células, conhecidos como células de Kenyon, se expandiam em ritmos diferentes. Essa variação levou a um padrão chamado evolução do cérebro em mosaico, onde algumas partes do cérebro se expandem enquanto outras permanecem inalteradas, análogo aos mosaicos, sendo todos muito diferentes uns dos outros.
Farnworth explicou: “Prevemos que, porque vemos estes padrões em mosaico de alterações neurais, estes estarão relacionados com mudanças específicas no desempenho comportamental – em linha com a gama de experiências de aprendizagem que mostram que Helicônio superam seus parentes mais próximos apenas em contextos muito específicos, como memória visual de longo prazo e aprendizagem de padrões”.
Para se alimentar de pólen, as borboletas Heliconius precisam ter rotas de alimentação eficientes, pois as plantas polínicas são bastante raras.
O supervisor e coautor do projeto, Dr. Stephen Montgomery, disse:”Em vez de seguir uma rota aleatória de forrageamento, essas borboletas aparentemente escolhem rotas fixas entre os recursos florais – semelhante a uma rota de ônibus. Os processos de planejamento e memória necessários para esse comportamento são cumpridos pelos conjuntos de neurônios dentro dos corpos dos cogumelos, por isso estamos fascinados pelos circuitos internos. Nossos resultados sugerem que aspectos específicos desses circuitos foram ajustados para trazer à tona as capacidades aprimoradas de. Helicônio borboletas.”
Este estudo contribui para a compreensão de como os circuitos neurais mudam para refletir a inovação e mudança cognitiva. O exame de circuitos neurais em sistemas modelo tratáveis, como os insetos, promete revelar mecanismos genéticos e celulares comuns a todos os circuitos neurais, potencialmente preenchendo a lacuna, pelo menos em um nível mecanicista, para outros organismos, como os humanos.
Olhando para o futuro, a equipe planeja explorar circuitos neurais além dos centros de aprendizagem e memória do cérebro da borboleta. Eles também pretendem aumentar a resolução do mapeamento cerebral para visualizar como os neurônios individuais se conectam em um nível ainda mais granular.
Dr Farnworth disse: “Fiquei realmente fascinado pelo fato de vermos graus tão elevados de conservação na anatomia e evolução do cérebro, mas depois mudanças muito proeminentes, mas distintas”.
“Este é um exemplo realmente fascinante e belo de uma camada de biodiversidade que normalmente não vemos, da diversidade do cérebro e dos sistemas sensoriais, e das formas como os animais processam e utilizam a informação fornecida pelo ambiente que os rodeia”, concluiu o Dr. Montgomery.
