Los científicos documentan un órgano sensible a la luz dentro del cerebro de las aves

Los científicos documentan un órgano sensible a la luz dentro del cerebro de las aves

Hace décadas, las pruebas circunstanciales apuntaban a que los vertebrados no mamíferos podían detectar la luz directamente con sus cerebros, pero la mayoría de los científicos eran escépticos. Un nuevo estudio demuestra que ya no es tan descabellado como parece.

El ojo del pájaro dentro del cerebro del pájaro

Sorprendiendo a los escépticos, los científicos japoneses han documentado cómo se produce realmente la detección de la luz dentro del cerebro de los vertebrados. En un estudio publicado en línea el 7 de julio de 2014 en Current Biology, los investigadores demostraron que la detección de la luz se produce en neuronas especializadas en la detección de la luz en el cerebro de la codorniz japonesa.

“Sus hallazgos son sorprendentes”, afirma en un correo electrónico Juraj Sevc, profesor del Instituto de Biología y Ecología de la Universidad P.J. Safarik de Kosice (República Eslovaca). “Esta noticia innovadora influirá en la visión de estas enigmáticas células incluso en el sistema nervioso central de los mamíferos y también en el humano”.

Varios neurobiólogos se hacen eco de la reacción de Sevc y afirman que el nuevo estudio supone una elegante prueba de la teoría del “ojo dentro del cerebro” para los vertebrados no mamíferos. El equipo que hizo el descubrimiento estaba dirigido por Takashi Yoshimura, profesor del Instituto de Biomoléculas Transformativas de la Universidad de Nagoya.

La idea del ojo en el cerebro se había basado en un puñado de estudios clásicos. Por ejemplo, los peces que han sido entrenados para subir a la superficie del agua en busca de comida ante una señal luminosa siguen respondiendo así después de haber sido cegados. Además, a los patos cegados les crecen las gónadas en respuesta a una mayor exposición a la luz, preparándose para el apareamiento primaveral como los patos con visión perfecta.

El equipo de Yoshimura demostró que, en la codorniz, unas células del hipotálamo denominadas neuronas de contacto con el líquido cefalorraquídeo (LCR) contienen el pigmento fotoactivo Opsin-5 y responden a la luz sin necesidad de recibir información de los ojos o de otros estímulos sensoriales. Las neuronas se encuentran en el órgano paraventricular del hipotálamo mediobasal de la codorniz, una pequeña parte del cerebro que une el sistema nervioso con el sistema endocrino que segrega hormonas.

Las neuronas sensoras de la luz de la codorniz participan en la detección de la llegada de los días más largos de la primavera y, por tanto, en la regulación de las actividades de cría de las aves. Se espera que los hallazgos conduzcan a una mayor productividad de la codorniz japonesa en las granjas de codornices domésticas. Los hallazgos también pueden despertar un mayor interés por la evolución y el desarrollo de los fotorreceptores no visuales.

Un equipo dirigido por el profesor de la Universidad de Nagoya Takashi Yoshimura documentó cómo funciona el ojo de un pájaro que detecta la luz dentro del cerebro de las aves. (Foto: Universidad de Nagoya)

30 minutos cruciales de luz diurna

El éxito de la reproducción de cualquier especie de ave silvestre depende de su adaptación a los cambios estacionales. Se sabe que las aves utilizan la duración cambiante de cada día como parte de un calendario interno. Para las aves migratorias, saber cuándo emprender el vuelo en un viaje largo es igual de importante.

“Las codornices reconocen 11 horas y 30 minutos de luz como un día corto de invierno, pero reconocen 12 horas de luz como un día largo de verano”, dijo Yoshimura en un correo electrónico. “Cada especie de ave puede tener un fotoperiodo crítico diferente para desencadenar la actividad reproductiva. Se cree que los animales que viven en el extremo nort Demostrando el ojo de pájaro en el cerebro

Para satisfacer a una legión de escépticos de que el cerebro de un ave puede ver la luz, el equipo de Yoshimura necesitaba algo más que pruebas circunstanciales. Necesitaban pruebas.

“El estándar de oro para la demostración de la fotosensibilidad intrínseca es el registro neurofisiológico de las respuestas a la luz de células individuales aisladas de otras posibles entradas de fotorreceptores”, escribió Michael Menaker, profesor de biología de la Universidad de Virginia, en un editorial de Current Biology que acompaña al artículo de Yoshimura. “Esto puede ser técnicamente exigente, especialmente si los fotorreceptores putativos están enterrados en el cerebro profundo”. Los autores han resuelto estos problemas técnicos con elegancia”.

Evolución de la percepción no visual de la luz

Las especies animales que pueden iniciar actividades de reproducción en los momentos más oportunos tendrían una ventaja evolutiva sobre las que no pueden hacerlo.

Los comportamientos subyacentes y los cambios anatómicos asociados a la reproducción en las aves están controlados por las hormonas. Estas potentes sustancias químicas suelen actuar de forma conjunta. Aunque se sabe que la activación del proceso se inicia con una mayor exposición a la luz, el desencadenante exacto es una incógnita.

Ritmos circadianos

Los científicos de todo el mundo también intentan comprender los ritmos circadianos en los seres humanos y otros vertebrados. Una pequeña estructura del cerebro de los vertebrados llamada glándula pineal libera melatonina, una hormona que modula los patrones de sueño en los ritmos circadianos. La melatonina se segrega por la noche, cuando apenas entra luz en los ojos.

En los experimentos con codornices realizados por el equipo de Yoshimura, se eliminaron las glándulas pineales, que responden a la luz en los primates no mamíferos, para poder eliminar los efectos de los ritmos circadianos. El equipo también neutralizó químicamente los neurotransmisores para eliminar sus efectos en las neuronas estudiadas.

Estos pasos permitieron a Yoshimura determinar el efecto de la luz únicamente en las neuronas que están en contacto con el líquido cefalorraquídeo (LCR).

El efecto dominó bioquímico de la luz

Los nuevos hallazgos revelan con exquisito detalle el primer paso de un efecto dominó bioquímico, una especie de cascada de acontecimientos que conduce a la respuesta reproductiva de la codorniz japonesa. Aquí están los detalles científicos secuenciales de ese dominó:

Aunque se conoce el orden de los pasos del efecto dominó bioquímico, aún no se han estudiado a fondo la multitud de posibles factores que influyen en él.

Fotorreceptores no visuales

Los mamíferos no tienen las células fotosensoras no visuales de las codornices. Los únicos fotorreceptores no visuales de los mamíferos son ciertos grupos de células nerviosas de la retina, la superficie interna del ojo. Sin embargo, existen otras estructuras sensoras de la luz repartidas por diversos lugares del cerebro de los vertebrados no mamíferos. Estas estructuras son anteriores al origen evolutivo de los ojos, pero sin duda dieron lugar al ojo avanzado. Estas estructuras ancestrales de detección de la luz siguen desempeñando un papel importante en la regulación de los comportamientos reproductivos y de otro tipo.e tienen un fotoperiodo crítico más largo que los animales del ecuador.”

Fotorreceptores de vertebrados no visuales

La glándula pineal es fotorreceptora en todos los vertebrados no mamíferos, pero no en los mamíferos. Los únicos fotorreceptores no visuales de los mamíferos son las células ganglionares intrínsecamente fotosensibles de la retina. El parapineal y otras estructuras similares asociadas a la pineal sólo se encuentran en los vertebrados no mamíferos. (Las neuronas sensoras de luz de la codorniz están metidas en el órgano parapineal). El iris es intrínsecamente fotorreceptivo en los vertebrados no mamíferos y quizás en algunos mamíferos. La ubicación de los fotorreceptores no visuales (mostrados en amarillo) en el cerebro profundo varía entre los vertebrados no mamíferos. (Gráfico: Current Biology, I. Provencio) “El presente trabajo, aunque no proporciona respuestas definitivas a las numerosas preguntas que plantea esta complejidad, es un elegante comienzo para su análisis en profundidad”, afirma Menaker en su editorial. “Es probable que la elaboración de los detalles de la respuesta fotorreceptiva a los días largos sea complicada. Será técnicamente difícil determinar el papel relativo de otras estructuras fotorreceptoras, que son varias.”

Jose Delgado

Biólogo de Profesión, tengo muchos años estudiando las aves y sus ecosistemas. En la actualidad estamos viviendo momentos muy difíciles y las poblaciones de aves en todo el mundo están disminuyendo aceleradamente, no podemos observar todo esto sin hacer nada.

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