Tanto los insectos como los crustáceos poseen estructuras cerebrales con forma de seta que, según se sabe, en los insectos son necesarias para el aprendizaje, la memoria y, posiblemente, para negociar entornos complejos y tridimensionales, según el estudio, dirigido por el neurocientífico de la Universidad de Arizona Nicholas Strausfeld.
La investigación, publicada en la revista de acceso abierto eLife, desafía una creencia muy extendida en la comunidad científica de que estas estructuras cerebrales -llamadas «cuerpos de hongo»- están llamativamente ausentes en los cerebros de los crustáceos.
En 2017, el equipo de Strausfeld informó de un análisis detallado de los cuerpos de hongo descubiertos en el cerebro del camarón mantis, Squilla mantis. En el artículo actual, el grupo aporta pruebas de que las características neuroanatómicas que definen los cuerpos de las setas -que en su momento se pensó que eran una característica evolutiva propia de los insectos- están presentes en todos los crustáceos, un grupo que incluye más de 50.000 especies.
Se sabe que los crustáceos y los insectos descienden de un ancestro común que vivió hace unos 500 millones de años y que hace tiempo que se extinguió.
«El cuerpo de la seta es una estructura cerebral increíblemente antigua y fundamental», dijo Strausfeld, catedrático de neurociencia y director del Centro de Ciencias de los Insectos de la Universidad de Arizona. «Cuando se mira a través de los artrópodos como grupo, está en todas partes.»
Además de los insectos y crustáceos, otros artrópodos incluyen arácnidos, como escorpiones y arañas, y miriápodos, como milpiés y ciempiés.
Caracterizados por sus esqueletos externos y apéndices articulados, los artrópodos constituyen el grupo de animales más rico en especies que se conoce, poblando casi todos los hábitats imaginables. Hace unos 480 millones de años, el árbol genealógico de los artrópodos se dividió: un linaje produjo los arácnidos y otro los mandibulados. El segundo grupo se dividió de nuevo para dar lugar al linaje que da lugar a los crustáceos modernos, incluidos los camarones y las langostas, y a las criaturas de seis patas, incluidos los insectos: el grupo de artrópodos más diverso que existe en la actualidad.
Décadas de investigación han desentrañado las relaciones evolutivas de los artrópodos utilizando datos morfológicos, moleculares y genéticos, así como pruebas de la estructura de sus cerebros.
Se ha demostrado que los cuerpos de los hongos en el cerebro son las unidades centrales de procesamiento donde convergen las entradas sensoriales. La visión, el olfato, el gusto y el tacto se integran aquí, como han demostrado los estudios sobre las abejas. Cada cuerpo de la seta, dispuesto en pares, consta de una parte en forma de columna, llamada lóbulo, coronada por una estructura en forma de cúpula, llamada cáliz, donde convergen las neuronas que transmiten la información enviada por los órganos sensoriales del animal. Esta información se transmite a las neuronas que suministran miles de fibras nerviosas que se cruzan en los lóbulos y que son esenciales para computar y almacenar los recuerdos.
Investigaciones recientes realizadas por otros científicos también han demostrado que esos circuitos interactúan con otros centros cerebrales en el fortalecimiento o la reducción de la importancia de un recuerdo a medida que el animal recoge experiencias de su entorno.
«Los cuerpos de los hongos contienen redes en las que se están haciendo asociaciones interesantes que dan lugar a la memoria», dijo Strausfeld. «Así es como el animal da sentido a su entorno».
Un grupo de crustáceos evolutivamente más «moderno» llamado Reptantia, que incluye muchas langostas y cangrejos, sí parece tener centros cerebrales que no se parecen en nada al cuerpo de hongo de los insectos. Esto, sugieren los autores, ayudó a crear la idea errónea de que los crustáceos carecen por completo de estas estructuras.
El análisis del cerebro de los crustáceos ha revelado que, aunque los cuerpos de las setas que se encuentran en los crustáceos parecen más diversos que los de los insectos, sus elementos neuroanatómicos y moleculares definitorios están todos ahí.
Utilizando muestras de cerebro de crustáceos, los investigadores aplicaron anticuerpos marcados que actúan como sondas, localizando y destacando proteínas que han demostrado ser esenciales para el aprendizaje y la memoria en las moscas de la fruta. Las técnicas de tinción de tejidos sensibles permitieron además visualizar la intrincada arquitectura de los cuerpos de los hongos.
«Conocemos varias proteínas que son necesarias para el establecimiento del aprendizaje y la memoria en las moscas de la fruta», dijo Strausfeld, «y si se utilizan anticuerpos que detectan esas proteínas en todas las especies de insectos, los cuerpos de los hongos se iluminan siempre.»
El uso de este método reveló que las mismas proteínas no son exclusivas de los insectos; aparecen en los cerebros de otros artrópodos, incluyendo ciempiés, milpiés y algunos arácnidos. Incluso los vertebrados, incluidos los humanos, las tienen en una estructura cerebral llamada hipocampo, un conocido centro de memoria y aprendizaje.
«Los centros cerebrales correspondientes -el cuerpo de la seta en los artrópodos, los gusanos marinos, los platelmintos y, posiblemente, el hipocampo de los vertebrados- parecen tener un origen muy antiguo en la evolución de la vida animal», dijo Strausfeld.
Entonces, ¿por qué los crustáceos más estudiados tienen cuerpos en forma de hongo que pueden parecer tan drásticamente diferentes de sus homólogos de los insectos? Strausfeld y sus coautores tienen una teoría: Las especies de crustáceos que habitan en entornos que exigen el conocimiento de áreas elaboradas y tridimensionales son precisamente aquellas cuyos cuerpos de setas se parecen más a los de los insectos, un grupo que también ha dominado el mundo tridimensional al evolucionar para volar.
«No creemos que sea una coincidencia», dice Strausfeld. «Proponemos que la complejidad de habitar un mundo tridimensional puede exigir redes neuronales especiales que permitan un nivel sofisticado de cognición para negociar ese espacio en tres dimensiones».
Lobstanes y cangrejos, por otro lado, pasan su vida confinados en su mayor parte en el fondo marino, lo que puede explicar por qué históricamente se ha dicho que carecen de cuerpos de hongo.
«A riesgo de ofender a los colegas que tienen predilección por los cangrejos y las langostas: Veo a muchos de ellos como habitantes del mundo plano», dice Strausfeld. «Los estudios futuros podrán decirnos cuáles son más inteligentes: el camarón mantis, que habita en los arrecifes y es un gran depredador, o la solitaria langosta».
Strausfeld es coautor del artículo con dos de sus antiguos alumnos: Gabriella Wolff, ahora becaria posdoctoral en la Universidad de Washington, y Marcel Sayre, ahora estudiante de doctorado en la Universidad de Lund (Suecia). Esperan que el estudio de los cuerpos de los hongos ayude aún más a resolver cómo pueden haber evolucionado los cerebros y qué condiciones ambientales dieron forma a ese proceso.
«Esta investigación nos acerca a responder la pregunta definitiva», dice Strausfeld. «Queremos saber: ¿Cómo era el cerebro más primitivo?»