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Helicônio Os cérebros das borboletas cresceram quando elas adotaram um novo comportamento de forrageamento, descobriram cientistas da Universidade de Bristol.
Uma região de seu cérebro, conhecida como corpo de cogumelo devido ao seu formato, é duas a quatro vezes maior que a de seus parentes próximos.
As conclusões, publicadas hoje na Natureza Comunicaçõessugerem que a estrutura e a função do sistema nervoso estão intimamente ligadas ao nicho ecológico e ao comportamento de um organismo.
O Dr. Stephen Montgomery, da Escola de Ciências Biológicas de Bristol, explicou: “Helicônio são as únicas borboletas conhecidas por coletar e digerir o pólen, o que lhes dá uma fonte adulta de proteína, quando a maioria das outras borboletas obtém proteína exclusivamente como lagartas.
“Esta mudança na dieta permite Helicônio para viver vidas muito mais longas, mas aparentemente só coletam pólen de espécies de plantas específicas que ocorrem em baixas densidades.
“Aprender a localização dessas plantas é, portanto, um comportamento crítico para eles, mas, para isso, eles devem investir mais nas estruturas neurais e nas células que suportam a memória espacial”.
A equipe se concentrou na relação entre a expansão do corpo do cogumelo, a especialização sensorial e a inovação evolutiva da alimentação com pólen.
O estudo envolveu uma síntese única de dados comparativos sobre estrutura cerebral em larga escala, composição celular e conectividade no cérebro e estudos de comportamento entre espécies.
Eles construíram modelos 3D do cérebro em 30 espécies de animais que se alimentam de pólen. Helicônioe 11 espécies de gêneros intimamente relacionados, coletados em toda a América Central e do Sul.
O volume de diferentes áreas do cérebro foi medido e mapeado em árvores filogenéticas (família) para estimar onde ocorreram as principais mudanças evolutivas na composição do cérebro.
Eles então investigaram mudanças nos circuitos neurais quantificando o número de neurônios nos corpos dos cogumelos e a densidade de suas conexões, bem como a especialização sensorial rastreando entradas neurais de áreas cerebrais que processam informações visuais e olfativas antes de enviá-las para o cérebro central. .
Finalmente, em parceria com o Smithsonian Tropical Research Institute no Panamá, eles conduziram experimentos comportamentais em espécies-chave para avaliar se a expansão observada do corpo do cogumelo se correlacionava com o aprendizado visual e a memória aprimorados.
Um resultado notável é a notável variação no tamanho do corpo do cogumelo observada entre essas espécies intimamente relacionadas dentro de um período de tempo evolutivo relativamente curto. Em todo o conjunto de dados, o tamanho do corpo do cogumelo varia 25 vezes.
Isso fornece um exemplo convincente de como estruturas cerebrais específicas podem variar independentemente ao longo do tempo evolutivo, conhecido como evolução em mosaico, quando sob fortes restrições seletivas para adaptação comportamental.
Montgomery acrescentou: “Identificamos que as mudanças no tamanho do corpo do cogumelo são devidas a um aumento no número de ‘células Kenyon’, os neurônios que formam a maior parte do corpo do cogumelo e cujas interações são consideradas a base do armazenamento da memória, bem como como entradas aumentadas do sistema visual.
“Essa expansão e especialização visual dos corpos dos cogumelos foram acompanhadas por aprendizado visual aprimorado e habilidades de memória. Por meio dessa síntese de tipos de dados, fornecemos um exemplo claro de um novo comportamento de forrageamento coincidindo com adaptações no cérebro e mudanças cognitivas associadas.”
O co-autor principal, Dr. Antoine Couto, de Bristol, disse: “” O estudo revela como a estrutura do cérebro de Helicônio borboletas, especificamente os corpos dos cogumelos, sofreram mudanças notáveis que estão intimamente ligadas aos seus comportamentos especializados de forrageamento.
“Essas borboletas desenvolveram corpos de cogumelo maiores com habilidades de processamento visual aprimoradas, permitindo-lhes discriminar padrões visuais complexos e reter memórias visuais por longos períodos. Essas descobertas destacam a fascinante conexão entre a evolução do cérebro e as adaptações comportamentais no mundo natural.”
Fletcher Young, também co-autor principal, acrescentou: “Este estudo fornece uma rara combinação de dados neurobiológicos e comportamentais em espécies intimamente relacionadas, revelando um exemplo claro de mudanças evolutivas marcantes no cérebro em uma escala de tempo relativamente curta, coincidindo com uma melhoria visual habilidades de aprendizagem e memória. Identificar tais relações entre adaptações cerebrais e mudanças comportamentais é crucial para nossa compreensão da evolução cognitiva.”
O Dr. Montgomery concluiu “” Nós fornecemos evidências de que a estrutura do cérebro pode variar de maneira impressionante entre espécies próximas que vivem nos mesmos habitats.
“Neste exemplo, a inovação de um conjunto de comportamentos levou a uma expansão dramática dos centros críticos de aprendizado e memória no cérebro, e mostramos que essas mudanças neurais ocorrem simultaneamente com melhorias substanciais na capacidade cognitiva.
“Nós supomos que essas diferenças comportamentais refletem uma resposta direta à seleção no comportamento de forrageamento e as informações que as borboletas estão extraindo para o ambiente ao seu redor para guiar seu comportamento”.
Compreender a relação entre anatomia cerebral, processamento sensorial e comportamento de forrageamento em Helicônio as borboletas também podem fornecer informações sobre a evolução dos mecanismos de aprendizado e memória não apenas em insetos, mas também em outros animais, pois a função e o circuito dos corpos dos cogumelos compartilham algumas semelhanças com os cérebros dos vertebrados. Portanto, essas borboletas fornecem um excelente sistema para explorar a base neural do aprendizado e da memória com ampla relevância.
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