¿Por qué los peces ciegos de las cavernas tienen el cerebro encogido?

El pez de las cavernas mexicano (nombre en clave: Astyanax mexicanus) no solo es ciego y sin ojos, también tiene un cerebro encogido. Exactamente cómo terminó de esa manera es un misterio evolutivo. en un artículo reciente en el diario Avances científicos, Los investigadores sugieren que el pez dejó caer los ojos y desarrolló un cerebro simplificado para ahorrar energía. ¿Pero es esa realmente la mejor explicación?



En otras palabras, ¿los ojos y el cerebro realmente requieren una energía tan desproporcionada que un mero par de millones de años de descanso en una cueva es suficiente para llegar a la línea germinal y reprogramarlos? ¿No supondría simplemente una línea de razonamiento menos retorcida, como hizo Darwin, que de alguna manera se perdieron por el desuso y nada más? Desafortunadamente, este último insinúa Lamarckismo , algo que los partidarios de la estricta mezcla de evolución por mutación y selección natural están programados para aborrecer. Sin embargo, si pasamos al lado oscuro por un momento, podríamos suponer que para que los lujos como los ojos y el cerebro persistan, su huella física en el germen hereditario debe renovarse continuamente de alguna manera. Sin esa entrada, es decir, los estímulos constantes del entorno, estos accesorios aparentemente estables son evidentemente tan volátiles como la RAM.

Aquellos que saben tienen una palabra elegante para la etiolación calcárea y la de-evolución que ocurre con demasiada vida en cuevas. Nuestros propios hermanos ancestrales, los recién descubiertos homo naledi , estaban sin duda muy familiarizados con sus males. Estoy hablando aquí de troglomorfismo, la adaptación morfológica completa a la oscuridad de las cavernas. Los creacionistas, probablemente deberíamos mencionar, aman los peces de las cavernas. Por lo general, no saben exactamente por qué les encanta, solo que su sistema visual abandonado ocasionalmente crea un pequeño problema para las personas con una mentalidad más científica.



Ahora bien, si la 'energía' pura y sin adulterar percibida a nivel del organismo, en oposición a los estímulos más finamente divididos y matizados, es realmente el verdadero impulsor troglomórfico, uno podría tomar el enfoque de dividirla en tres lugares donde puede actuar. En el primero, debería haber suficiente energía para construir ojos y cerebro en el embrión. En el segundo, suficiente para mantenerlos en el adulto, y en el tercero energía para que realmente se enciendan y se utilicen.



Si bien se podría decir que los dos últimos se superponen, claramente es probable que haya poco en una cueva oscura para llamar la atención. La primera demanda, cultivarlos, tampoco es un gran problema aquí porque, como informa el propio autor, los peces desarrollan ojos como un embrión. Solo más tarde se desmontan en el rasguño palimpsesto habitual que la evolución utiliza a lo largo de todo el desarrollo para reutilizar órganos obsoletos para nuevos fines.

No es tanto que 'energía' sea una mala explicación, sino que es simplemente imprecisa. Las ecuaciones de energía, a saber, las relaciones de conservación, son probablemente la herramienta más útil disponible en física. Pero en biología rara vez se tiene tanta suerte. Los autores intentan medir el uso relativo de energía registrando el consumo de oxígeno. En particular, midieron su uso en peces ciegos y videntes, así como en fragmentos de su ojo y tectum óptico, tanto en la luz como en la oscuridad. El tectum es la parte del cerebro que se imaginó de manera bastante famosa no hace mucho tiempo en Zebrafish para crear la primera mapas de actividad cerebral completa . Es el fin comercial del sistema visual de peces. Como se ve a continuación, los autores encontraron que también es el más dimórfico (varía en tamaño) entre las formas de cueva de los peces y sus cohortes de superficie avistadas.

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Los investigadores utilizaron sus datos para construir un modelo que predijo que el costo energético de todo el cerebro para un pez de superficie de 1 g era el 15% de su metabolismo en reposo. Para dar una idea de las tasas de consumo involucradas, los ojos utilizaron alrededor de 0,507 mg de O2 hora − 1 g de masa húmeda − 1 a la luz. En la oscuridad, en realidad se descubrió que usaban un poco más de oxígeno, aunque uno podría salirse con la suya atribuyéndolo a la naturaleza inversa anómala del fotorreceptor. respuestas en la retina . Sería bueno tener una idea más intuitiva de ese nivel de consumo, sin embargo, en la naturaleza del negocio, las unidades generalmente necesitan algo de masaje para ser comparadas. Por ejemplo, el colibrí en vuelo estacionario, cuyo músculo supuestamente puede arder diez veces más que el de un atleta de élite humano, se ha registrado en 68-85 ml de O2 / g / h.

No todo está perdido en abandonar simples argumentos energéticos. La genética, y en particular la epigenética, ya ha ofrecido algunos lugares para comenzar a buscar un cambio rápido impulsado por el medio ambiente. Investigaciones anteriores han destacado algunos genes que están directamente involucrados en el control de cosas como el tamaño de los ojos y el cerebro. También se ha encontrado que la de-evolución, o más bien la deconstrucción del ojo en el embrión, sigue programas predecibles o muerte celular o apoptosis.

Los tediosos experimentos de trasplante han revelado que es el propio cristalino el organizador clave de todo el ojo. Si el cristalino en desarrollo de un embrión ciego se trasplanta a un pez con visión en desarrollo, puede comprometer el ojo. Por otro lado, trasplantar una lente de pez vidente a un ojo de pez ciego puede rescatar muchos aspectos del desarrollo ocular y posiblemente incluso el cerebro.



Otras estructuras que cambian rápidamente que responden al entorno y reprograman partes de la célula, directamente heredables o no, incluyen proteínas ubicuas sensibles al estrés como HSP-90. Estas proteínas bien estudiadas alteran fácilmente su estructura de plegado a medida que las cosas cambian alrededor de cada célula del organismo, un proceso mucho más rápido en comparación, que los ajustes a la secuencia de codificación real. Si el estrés de un entorno agotado de energía realmente requiere menos capacidad intelectual, podríamos ofrecer que una mejor manera de lograr ese fin es simplemente reducir la velocidad del procesador. En otras palabras, una cantidad incalculable de canales iónicos adicionales (proteínas completamente visibles para los emisarios ocultos de la evolución) regulan la rapidez con la que se activan las neuronas. Las neuronas con una tasa de activación que está en ralentí alta y que alcanza un máximo mucho más alto, queman una cantidad excesiva de energía.

La forma en que esta energía de 'disparo' neuronal se compara con la energía utilizada para el crecimiento y el mantenimiento es un punto interesante que hemos encontrado antes en el contexto de la extensión en curso y retracción de neuritas en neuronas ambulantes. A un nivel aún más teórico, otros incluso han estimado la energía que necesitan las bacterias proliferantes para replicarse a sí mismos , o para que las células eucariotas se diferencien y migren hacia el cierre de una herida. Para aquellos que solo deben saber, dicen que una sola bacteria podría necesitar aproximadamente duplicar su tasa metabólica basal en curso para convertirse en dos, o algo así.

Una última solución rápida que los trogloditas con restricción energética podrían intentar es simplemente reducir la cantidad de ADN que transportan. Menos ADN se traduce en ciclos de desarrollo y división celular ligeramente más rápidos, pero también viene con una ventaja energética. Es decir, no es necesario quemar tanto ATP para replicar todos esos copias de genes y tal. También reduce la expresión inadvertida de proteínas que realmente no necesita. Descartar todo su ADN de respaldo puede ser una píldora difícil de tragar, pero podría ser bueno echar un vistazo para tener una mejor idea de cómo se mueve el pez de las cavernas.

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