Los peces Astyanax de superficie y de las cavernas reaccionan a la luz de diferentes maneras
En las profundidades de las oscuras cuevas del noreste de México vive un pez que ha pasado cientos de miles de años adaptándose a un mundo sin luz. El pez ciego de las cuevas mexicanas (Astyanax mexicanus) ha evolucionado en la oscuridad perpetua, perdiendo sus ojos y pigmentación mientras desarrollaba extraordinarias adaptaciones que le ayudan a sobrevivir en entornos con pocos nutrientes.
Ahora, los científicos están utilizando esta extraordinaria especie para descubrir cómo la evolución modifica el cerebro y moldea el comportamiento.
Dado que el Astyanax existe tanto como pez de superficie con visión como en más de 30 poblaciones cavernícolas que evolucionaron de forma independiente, los investigadores pueden comparar directamente cómo la vida en la oscuridad altera los sistemas sensoriales, los circuitos neuronales y el comportamiento.
Gracias a las nuevas herramientas genéticas y las avanzadas tecnologías de imagen que permiten a los científicos observar la actividad cerebral en tiempo real, este singular pez está proporcionando información sin precedentes sobre cómo se adaptan los animales a entornos extremos y cómo la evolución transforma el propio cerebro.
Para investigar cómo la evolución modifica el cerebro para producir nuevos comportamientos, investigadores de la Universidad Atlántica de Florida y sus colaboradores compararon cómo responden a los cambios de luz los peces de superficie y los peces de cueva. Combinaron experimentos de comportamiento con técnicas avanzadas de imagen cerebral completa que les permitieron visualizar la actividad neuronal en peces vivos con resolución celular.
Imagen: El pez ciego de las cuevas mexicano (Astyanax mexicanus) ha evolucionado en la oscuridad perpetua, perdiendo sus ojos y pigmentación. El Astyanax existe tanto como pez de superficie con visión como en más de 30 poblaciones de cuevas que evolucionaron de forma independiente. Crédito: Universidad Atlántica de Florida
Utilizando peces modificados genéticamente que expresan marcadores fluorescentes en las neuronas, los científicos rastrearon cómo respondían las diferentes regiones del cerebro cuando los peces eran expuestos a la luz y la oscuridad. También mapearon estas respuestas en un atlas cerebral ya establecido de peces de cueva y utilizaron experimentos específicos para examinar el papel de las neuronas productoras de dopamina en la regulación del comportamiento.
El estudio reveló un sorprendente cambio evolutivo en el comportamiento. Mientras que los peces de superficie se volvieron más activos cuando repentinamente se sumergieron en la oscuridad (una respuesta que se cree que los ayuda a buscar luz), los peces de las cavernas hicieron lo contrario, volviéndose más activos cuando se exponen a la luz.
Es probable que esta respuesta desencadenada por la luz ayude a los peces de las cuevas a evitar zonas iluminadas, como las entradas de las cuevas, donde serían más vulnerables a los depredadores y a las condiciones ambientales fuera de su oscuro hábitat subterráneo.
Mediante el mapeo de la actividad en todo el cerebro, los investigadores identificaron cambios en una región conocida como tubérculo posterior, así como un tipo de célula neuronal previamente desconocido vinculado a estos comportamientos.
"Sorprendentemente, se descubrió que las neuronas que responden a la oscuridad en los peces de superficie también responden a la luz en los peces de cueva, lo que sugiere que la evolución puede reutilizar circuitos neuronales existentes en lugar de crear otros completamente nuevos", dijo Erik R. Duboué, autor principal, profesor asociado de biología en el Harriet L. Wilkes Honors College de la FAU y miembro del Stiles-Nicholson Brain Institute de la FAU.
El equipo también descubrió que la señalización de la dopamina desempeña un papel central en estas respuestas, revelando una vía cerebral conservada que se ha modificado a lo largo del tiempo evolutivo.
Imagen: En un estudio sobre el pez ciego de las cavernas mexicano, los investigadores descubrieron una sorpresa evolutiva: a diferencia de sus parientes con vista, los peces de las cavernas se vuelven más activos con luz que en la oscuridad. Mediante imágenes cerebrales completas con resolución celular, el equipo reveló que los circuitos neuronales han invertido sus respuestas a la luz y la oscuridad. Crédito: Universidad Atlántica de Florida
"Nuestro descubrimiento de que los peces de las cavernas han desarrollado fotocinesis inducida por la luz nos permitió preguntarnos qué regiones del cerebro se ven afectadas y qué subgrupos neuronales podrían contribuir a la variación del comportamiento", dijo Duboué. "El hecho de que todos los peces con ojos estudiados presenten anteriormente fotocinesis oscura y que solo los peces de cueva presenten fotocinesis clara sugiere que este comportamiento evolucionó como una adaptación a la vida en cuevas".
Los hallazgos amplían la comprensión de los científicos sobre cómo evolucionan los cerebros en respuesta a entornos extremos y proporcionan uno de los ejemplos más claros de cómo los cambios en los circuitos neuronales pueden impulsar la adaptación conductual.
Dado que similares vías dopaminérgicas se conservan en todos los vertebrados, incluidos peces, roedores y primates, la investigación puede ofrecer una visión más amplia de cómo procesan los cerebros la información sensorial y se adaptan a las condiciones cambiantes.
El estudio también aporta pruebas de que la fotocinesis se hereda genéticamente. Al cruzar peces de superficie con peces de cueva, los investigadores observaron una amplia gama de respuestas en la descendencia híbrida, lo que demuestra que la tendencia a ser más activo en la luz o en la oscuridad está codificada en el genoma. Futuros estudios explorarán los genes y los mecanismos de desarrollo responsables de la reorganización de estos circuitos neuronales y de la configuración del comportamiento.
Imagen: Los peces de cueva presentan un índice de fotocinesis negativo, mientras que los peces de superficie presentan un índice de fotocinesis positivo. Crédito: Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.adv3770
"Los peces de las cavernas constituyen un modelo único para estudiar cómo evolucionan los sistemas sensoriales y cómo se adaptan los cerebros a nuevos entornos", afirmó Duboué. "Al comprender cómo la evolución modifica los circuitos neuronales para procesar la información ambiental, podemos obtener una comprensión más profunda de los principios fundamentales que dan forma al comportamiento en todo el reino animal".
Además de esclarecer cómo se adaptan los animales a entornos extremos, esta investigación podría tener implicaciones de gran alcance para la comprensión del cerebro humano. Muchas de las vías neuronales implicadas en el procesamiento sensorial, el movimiento y la señalización de la dopamina están altamente conservadas en los vertebrados, lo que significa que funcionan de manera similar en peces y humanos.
Al revelar cómo modifica la evolución los circuitos cerebrales para producir nuevos comportamientos, estos hallazgos podrían aportar información sobre los trastornos neurológicos y del neurodesarrollo relacionados con la alteración del procesamiento sensorial y la función de la dopamina, como la enfermedad de Parkinson, la esquizofrenia, el trastorno del espectro autista y el TDAH.
El estudio ha sido publicado en Science Advances: Evolution of a central dopamine circuit underlies adaptation of a light-evoked sensorimotor response in the blind cavefish
