Cada otoño, las mariposas monarca de Canadá y Estados Unidos giran sus coloridas alas hacia el Río Grande y migran más de 2,000 millas hacia el relativo calor del centro de México.
El viaje, repetido instintivamente por generaciones de monarcas, continúa incluso cuando su número se ha desplomado debido a la pérdida de su única fuente de larvas: algodoncillo. Ahora, los científicos creen que han descifrado el secreto de los monarcas de brújula internos codificados genéticamente para determinar la dirección hacia el sudoeste que deberían volar cada otoño.
"Su brújula integra dos piezas de información -la hora del día y la posición del sol en el horizonte- para encontrar la dirección sur", dice Eli Shlizerman, profesor asistente de la Universidad de Washington, quien tiene citas conjuntas en matemáticas aplicadas y departamentos de ingeniería eléctrica.
Si bien la naturaleza de la habilidad de la mariposa monarca para integrar la hora del día y la ubicación del sol en el cielo es conocida por investigaciones anteriores, los científicos nunca han entendido cómo el cerebro de la monarca recibe y procesa esta información. Para el estudio, los investigadores querían modelar cómo la brújula de la monarca está organizado dentro de su cerebro.
"Queríamos entender cómo el monarca está procesando estos diferentes tipos de información para producir este comportamiento constante, volando al suroeste cada otoño", dice Shlizerman.
Las monarcas usan sus ojos grandes y complejos para controlar la posición del sol en el cielo. Pero 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 humanos, las monarcas poseen un reloj interno basado en la expresión rítmica de genes clave.
Este reloj mantiene un patrón diario de fisiología y comportamiento. En la mariposa monarca, el reloj se centra en las antenas, y su información viaja a través de las neuronas al cerebro.
Los biólogos han estudiado previamente los patrones rítmicos en las antenas monarca que controlan el reloj interno, así como también la forma en que sus ojos compuestos descifran la posición del sol en el cielo. Para el estudio, publicado en la revista Cell ReportsLos investigadores registraron las señales de los nervios de las antenas de los monarcas mientras transmitían la información del reloj al cerebro y la información de los ojos.
La ruta más corta no es la mejor
"Creamos un modelo que incorporaba esta información: cómo las antenas y los ojos envían esta información al cerebro", dice Shlizerman. "Nuestro objetivo era modelar qué tipo de mecanismo de control estaría funcionando dentro del cerebro, y luego preguntamos si nuestro modelo podría garantizar una navegación sostenida en dirección suroeste".
En su modelo, dos mecanismos neuronales: uno inhibitorio y uno excitatorio controlado por los genes del reloj en las antenas. Su modelo tenía un sistema similar en el lugar para discernir la posición del sol en función de las señales de los ojos. El equilibrio entre estos mecanismos de control ayudaría al cerebro de la monarca a descifrar en qué dirección estaba el suroeste.
Según su modelo, también parece que al hacer las correcciones de campo, los monarcas no simplemente toman el camino más corto para volver a la ruta. Su modelo incluye una característica única: un punto de separación que controlaría si el monarca giró a la derecha o a la izquierda para dirigirse en dirección suroeste.
"La ubicación de este punto en el campo visual de la mariposa monarca cambia a lo largo del día", dice Shlizerman. "Y nuestro modelo predice que el monarca no cruzará este punto cuando haga una corrección de rumbo para regresar al suroeste".
Con base en sus simulaciones, si un monarca se desvía del rumbo debido a una ráfaga de viento u objeto en su camino, girará en la dirección que no lo requiera para cruzar el punto de separación.
Estudios adicionales necesitarían confirmar si el modelo de los investigadores es consistente con la anatomía, la fisiología y el comportamiento del cerebro de la mariposa monarca. Hasta ahora, los aspectos de su modelo, como el punto de separación, parecen ser consistentes con los comportamientos observados.
"En experimentos con monarcas en diferentes momentos del día, ves ocasiones en las que los cambios de dirección son inusualmente largos, lentos o serpenteantes", dice Shlizerman. "Estos podrían ser casos donde no pueden hacer un giro más corto porque requeriría cruzar el punto de separación".
Su modelo también sugiere una explicación simple de por qué las mariposas monarca son capaces de revertir el curso en la primavera y dirigirse al noreste de regreso a los Estados Unidos y Canadá. Los cuatro mecanismos neuronales que transmiten información sobre el reloj y la posición del sol simplemente necesitarían invertir la dirección.
"Y cuando eso sucede, su brújula apunta hacia el noreste en lugar de hacia el sudoeste", dice Shlizerman. "Es un sistema simple y robusto para explicar cómo estas mariposas, generación tras generación, hacen esta notable migración".
Daniel Forger en la Universidad de Michigan y James Phillips-Portillo en la Universidad de Massachusetts son coautores del estudio, que fue financiado por la National Science Foundation y el Washington Research Fund.
Fuente: Universidad de Washington
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