Secretos de la brújula interna de la mariposa monarca

Este viaje, que se repite instintivamente por generaciones de monarcas, continúa, pese a los números las monarcas han caído en picada debido a la pérdida de su fuente de alimento de las larvas única en el algodoncillo. Pero en medio de esta triste noticia, un equipo de investigación cree que han descifrado el secreto de la brújula interna, codificado genéticamente que las mariposas monarcas utilizan para determinar la dirección – suroeste – que deben volar cada otoño.

“Su brújula integra dos tipos de información – la hora del día y la posición del sol en el horizonte – para encontrar la dirección sur,” dijo Eli Shlizerman, un profesor asistente de la Universidad de Washington.

Si bien la naturaleza de la capacidad de la mariposa monarca para integrar la hora del día y la ubicación del sol en el cielo se conoce a partir de investigaciones previas, los científicos nunca han entendido cómo el cerebro de las monarcas recibe y procesa esta información. Shlizerman, que tiene citas conjuntas en el Departamento de Matemáticas Aplicadas y el Departamento de Ingeniería Eléctrica, se asoció con colegas de la Universidad de Michigan y la Universidad de Massachusetts para estudiar cómo la brújula de las monarca se organiza dentro de su cerebro.

“Queríamos entender cómo la mariposa monarca está procesando estos diferentes tipos de información para producir este comportamiento constante – volar suroeste cada otoño,” dijo Shlizerman, quien es el autor principal del documento reciente del equipo. 

 Las mariposas monarca usan sus ojos grandes y complejos para controlar la posición del sol en el cielo. Sin embargo, la posición del sol no es suficiente para determinar la dirección. Cada mariposa también debe combinar esa información con la hora del día  para saber a dónde ir. Afortunadamente, como la mayoría de los animales, incluidos los seres humanos, las mariposas monarcas poseen un reloj interno basado en la expresión de genes de clave rítmica. Este reloj mantiene un patrón diario de la fisiología y el comportamiento. En la mariposa monarca, el reloj se centra en las antenas, y su información viaja a través de las neuronas en el cerebro.

Los biólogos han estudiado previamente los patrones rítmicos en antenas monarca que controlan el reloj interno, así como la forma de descifrar sus ojos compuestos en la posición del sol en el cielo. Los colaboradores de Shlizerman, entre ellos Steven Reppert en la Universidad de Massachusetts, registran las señales de los nervios de las antenas en monarcas ya que transmiten información de reloj para el cerebro, así como información de la luz de los ojos.

“Hemos creado un modelo que incorpora esta información – como las antenas y ojos envían esta información al cerebro”.  “Nuestro objetivo era modelar qué tipo de mecanismo de control sería en el trabajo dentro del cerebro, y luego le preguntó si podía garantizar nuestro modelo de navegación sostenida en la dirección suroeste.”

En su modelo, dos mecanismos neurales – un inhibidor y uno excitador – con señales de control de los genes del reloj en las antenas. Su modelo tenía un sistema similar en lugar de discernir la posición del sol en base a las señales de los ojos. El equilibrio entre estos mecanismos de control ayudaría a descifrar al cerebro monarca qué dirección es el suroeste.

Sobre la base de su modelo, también parece que durante el curso de corrección monarcas no se limitan a hacer la vuelta más corta para volver a la ruta. Su modelo incluye una característica única – un punto de separación que controlar si la monarca giró a la derecha o a la izquierda la cabeza en la dirección suroeste.

“La ubicación de este momento de cambios del campo visual de la mariposa monarca durante todo el día,” dijo Shlizerman. “Y nuestro modelo predice que la monarca no cruzará este punto cuando se realiza una corrección de rumbo para regresar al suroeste.”

Sobre la base de sus simulaciones, si una monarca baja su curso debido a una ráfaga de viento o un objeto en su trayectoria, convertirá cualquier dirección que requiera para cruzar el punto de separación.

Estudios adicionales se necesitarían para confirmar si el modelo de los investigadores es consistente con la anatomía del cerebro de la mariposa monarca, la fisiología y el comportamiento. Hasta el momento, los aspectos de su modelo, como el punto de separación, parecen compatibles con los comportamientos observados.

Su modelo sugiere una explicación simple de por qué las mariposas monarca son capaces de revertir el curso en la primavera y se dirigen al noreste de vuelta a los Estados Unidos y Canadá. Los cuatro mecanismos neuronales que transmiten información sobre el reloj y la posición del sol deberían simplemente ir en la dirección contraria.

“Y cuando esto sucede, sus puntos cardinales noreste en lugar de suroeste,” dijo Shlizerman. “Es un sistema simple, pero robusto para explicar cómo estas mariposas – generación tras generación – hacen de esto una notable e inolvidable migración.”