Cerebro de pez proporciona información sobre las bases moleculares de la toma de decisiones

pez espinoso
pez espinoso (Gasterosteus aculeatus)

Los animales han estado gestionando decisiones complejas durante mucho tiempo

¿Cómo toman decisiones los animales cuando se enfrentan a competitivas exigencias y cómo han evolucionado los procesos de toma de decisiones con el tiempo?

En una reciente publicación, Tina Barbasch, investigadora postdoctoral en el Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica, y Alison Bell (GNDP), profesora del Departamento de Ecología, Evolución y Comportamiento, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, exploraron estas preguntas utilizando el pez espinoso (Gasterosteus aculeatus).

Ya sea que estés en la escuela, trabajando, criando hijos, manejando una vida social o simplemente tratando de relajarte por un momento, manejar a la vez múltiples responsabilidades puede volverse rápidamente abrumador. Quizás te preguntes cuánto más sencilla sería la vida si fueras un pez flotando en un río o un halcón surcando el cielo.

Sin embargo, los animales también enfrentan las cargas de la multitarea, ya sea al buscar su próxima comida evitando convertirse en la próxima comida de otra criatura o atraer una pareja mientras defienden su territorio.

"Durante mi doctorado, estudié el cuidado parental en peces payaso y cómo deciden cuánto cuidado brindar a sus crías", dice Barbasch. "Esto requiere la integración de muchas fuentes de información social y ambiental. Recientemente, me he interesado en comprender los mecanismos subyacentes a cómo toman decisiones los animales e integran diferentes fuentes de información".

A pesar de la importancia de la toma de decisiones para la aptitud de un animal, no se conocen bien los mecanismos que dan forma a la toma de decisiones.

Los espinosos son un poderoso modelo para investigar estas cuestiones debido a su compleja historia de vida y comportamiento reproductivo. Durante la temporada de reproducción, los espinosos machos establecen territorios para construir nidos y atraer a las hembras. Los machos deben defender simultáneamente sus territorios de otros machos, cortejar a las hembras que ingresan a su territorio con movimientos de natación performativos, llamados "zig-zags" y, en última instancia, cuidar a las crías si pueden cortejar con éxito a una hembra.

espinoso con un intrusoImagen derecha: Un macho espinoso (izquierda) inspecciona a un intruso introducido en su territorio dentro de un frasco de vidrio.

"Este estudio se inspiró en un experimento en el que observamos la expresión de genes cerebrales en espinosos machos durante el cuidado parental o cuando defendían su territorio", explicó Bell. "Encontramos que en ambos experimentos estaban involucrados los mismos genes, pero en direcciones opuestas: los genes activados en una condición estaban desactivados en la otra. Esta idea de que el cerebro podría estar utilizando la misma maquinaria molecular, pero de maneras opuestas, podría tener importantes implicaciones para la evolución de la toma de decisiones".

Para explorar los mecanismos moleculares subyacentes de la toma de decisiones, Barbasch expuso al espinoso macho a uno de tres estímulos: un espinoso hembra (tratamiento de cortejo), otro espinoso macho (tratamiento de intruso territorial) o un espinoso macho y hembra (tratamiento de compensación). Algunos espinosos machos se quedaron solos como control. Se cuantificaron los comportamientos agresivos (morder) y los comportamientos de cortejo (zig-zags), y luego se diseccionaron los cerebros del espinoso macho para observar la expresión genética mediante secuenciación de ARN.

Barbasch descubrió que, cuando se enfrentaban a una disyuntiva, los machos generalmente priorizaban la defensa territorial sobre el cortejo. También hubo una variación sustancial entre los machos en la forma en que respondieron, lo que sugiere que podrían haber diferentes estrategias que emplean los machos cuando se enfrentan a una compensación. Además, los resultados de la expresión genética identificaron grupos de genes que se expresaron diferencialmente en cada tratamiento experimental en relación con uno de control.

De particular interés son los genes que sólo están presentes en el tratamiento de compensación porque sugieren que los machos tienen una respuesta molecular única cuando se enfrentan a demandas conflictivas.

"Realizamos análisis de ontología genética en estos 'genes de compensación' para investigar cuál podría ser la identidad y función de estos genes", describe Barbasch. "Los resultados preliminares sugieren que los genes de 'compensación' pueden estar relacionados con la vía de respuesta de la dopamina, que modula la recompensa y la motivación en el cerebro, o con la neurogénesis, que es importante para la cognición".

En última instancia, estos hallazgos resaltan la importancia de explorar las bases moleculares del comportamiento animal, como señala Bell. "Los animales viven vidas realmente complicadas en muchos taxones. Esto sugiere que los mecanismos que impulsan la toma de decisiones complejas son probablemente muy antiguos, y los animales han estado gestionando decisiones complejas durante mucho tiempo".

El estudio de Barbasch también sienta las bases para muchos interesantes estudios de seguimiento. Ya ha comenzado a explorar las respuestas conductuales y moleculares del espinoso a otras compensaciones, incluidas las que implican riesgo de depredación, búsqueda de alimento y cuidado parental. También planea ampliar su conjunto de herramientas moleculares mediante la cuantificación de la expresión genética con mayor detalle mediante la secuenciación de ARN unicelular y el análisis de redes de coexpresión genética ponderada, que ayuda a recoger la función genética mediante la identificación de redes de genes con patrones de expresión relacionados.

Entonces, la próxima vez que notes que un animal hace algo, piensa un poco más en su vida cotidiana y en cómo está encontrando la manera de gestionar todas sus responsabilidades.

La investigación se ha publicado en Biology Letters: A distinct neurogenomic response to a trade-off between social challenge and opportunity in male sticklebacks (Gasterosteus aculeatus)

Etiquetas: CerebroGenToma de decisiones

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