El cerebro del abejorro común, esa abeja robusta y velluda, está entre los objetivos de estudio de los neurocientíficos, y lo han descrito al detalle
El abejorro de cola blanca Bombus terrestris es una de las especies de abejorros más comunes en Europa. No sólo es activo en la naturaleza como polinizador, sino que los humanos también lo utilizan en invernaderos para obtener buenas cosechas de tomates o fresas.
Son abejas relativamente grandes, de 20 milímetros o más. Los adultos se alimentan fundamentalmente de néctar y colectan polen para alimentar a sus crías, al igual que otras abejas.
El interés de los neurocientíficos por su cerebro
Igual que los ratones de laboratorio o la mosca de la fruta, el cerebro de los abejorros está entre los modelos animales más utilizado en laboratorio. Los principios funcionales de sus circuitos neuronales son similares a los de los seres humanos, así que investigar su cerebro no solo sirve para comprender a los abejorros, también ayudará a saber más sobre el cerebro humano.
«La investigación básica lo utiliza cada vez más como organismo modelo para analizar el aprendizaje y la memoria, el sistema visual, el control del vuelo y la capacidad de navegación», dice el Dr. Keram Pfeiffer, profesor de neurobiología del Biocentro de la Universidad Julius-Maximilians (JMU) de Würzburg, en Baviera (Alemania).
Pfeiffer investiga las bases neuronales de la orientación espacial en los insectos. Junto con su estudiante de doctorado Lisa Rother y un equipo internacional, presenta ahora en la revista Cell and Tissue Research el primer atlas del cerebro de un abejorro de cola blanca basado en datos de tomografía computarizada (TC).
Modelo en 3D del cerebro del abejorro, basado en una micro-TC. Las regiones azules simbolizan los centros olfativos primarios. Las regiones amarillas/naranjas procesan la información visual procedente de los ojos compuestos, y la información visual de color turquesa de los ocelos. En rojo/naranja se muestran los centros importantes para el aprendizaje. La brújula interna de los insectos, el complejo central, es de color verde. (Foto: Lisa Rother / Universidad de Würzburg)
Datos promediados de diez cerebros de abejorros
Para crear el atlas, el equipo de investigación tomó imágenes de microtecnología de diez cabezas de abejorros de cola blanca. A partir de ellas, extrajeron primero los datos de las imágenes que mostraban los cerebros.
En cada una de estas pilas de datos, se reconstruyeron manualmente 30 regiones del cerebro del abejorro en tres dimensiones. A continuación, en el clúster de computación de alto rendimiento Julia de la JMU, se calculó un cerebro estándar a partir de los diez conjuntos de datos, basándose en sus valores medios.
El resultado puede verse en la base de datos insectbraindb, de acceso público.
«El atlas se utilizará para la investigación en la que se analizan los circuitos neuronales. Los principios funcionales de estos circuitos suelen ser válidos en general, por lo que también se dan en los seres humanos, por ejemplo», explica Pfeiffer.
La microtomografía ofrece ventajas
Ya existen atlas cerebrales similares para otras especies de insectos. Sin embargo, ninguno de ellos se basa en imágenes de micro-TC, sino en una combinación de inmunotinción de regiones sinápticas y microscopía confocal.
En comparación con la micro-TC, esta técnica tiene dos desventajas: En primer lugar, la resolución en la dirección z (de adelante hacia atrás) es mucho menor que la resolución lateral. En segundo lugar, hay que diseccionar el cerebro para la inmunotinción. En el proceso, las regiones exteriores del cerebro, en particular, pueden resultar dañadas y pueden cambiar de posición.
La micro-TC permite dejar el cerebro en el animal. Así, todas las partes permanecen intactas y en su posición natural. Además, la resolución de las imágenes de la micro-TC es la misma en todas las direcciones. Esto simplifica la inserción posterior de los datos neuronales y proporciona más detalles cuando se ve de lado.
Objetivo: combinar ambos métodos
«Actualmente también estamos trabajando en un atlas del cerebro del abejorro utilizando el método convencional de la microscopía confocal», dice Pfeiffer. Este método tiene la ventaja -al menos de momento- de que el contraste y la resolución de los datos son mejores.
Para combinar las ventajas de ambos métodos, el atlas creado de forma convencional se registrará al final en el atlas de micro-TC. El resultado será un atlas que ofrece tanto una alta resolución y un alto contraste como una posición espacial realista de las áreas individuales del cerebro en relación con las demás.
Por el momento, sólo se dispone de métodos microscópicos estándar para teñir las células nerviosas individuales. Los datos recogidos con estos métodos sólo pueden insertarse en el cerebro estándar con restricciones. «Por lo tanto, queremos desarrollar protocolos de tinción que permitan registrar las estructuras neuronales directamente con la micro-TC», anuncia el neurobiólogo de la JMU.
El trabajo descrito ha contado con el apoyo financiero de la Fundación Alemana de Investigación (DFG), el Imperial College de Londres y el Natural Environment Research Council NERC (Reino Unido). La publicación en acceso abierto ha sido posible gracias al proyecto DEAL de la Conferencia de Rectores de Alemania.
Información bibliográfica completa
Un atlas cerebral estándar del abejorro basado en micro-CT. Lisa Rother, Nadine Kraft, Dylan B. Smith, Basil el Jundi, Richard J. Gill, Keram Pfeiffer. Cell and Tissue Research, 28 de junio de 2021, acceso abierto.
