¿Qué fue primero, el sueño o el cerebro?
Resumen: Con la ayuda de hidras que habitan en el agua, los investigadores descubren nueva evidencia de que los animales adquieren la necesidad de dormir antes de desarrollar un cerebro.
Fuente: Universidad de Kyushu
Permanecer despierto demasiado tiempo y pensar con claridad puede volverse extremadamente difícil. Afortunadamente, unos pocos guiños de sueño suelen ser suficientes para que nuestros cerebros vuelvan a funcionar rápidamente. Pero, ¿Cuándo y por qué los animales empezaron a necesitar dormir? y ¿Tener cerebro es un requisito previo?
En un estudio que podría ayudar a comprender el origen evolutivo del sueño en animales, un equipo internacional de investigadores ha demostrado que las pequeñas hidras que viven en el agua no solo muestran signos de un estado similar al del sueño a pesar de carecer del sistema nervioso central, sino que también responden a las moléculas asociadas con el sueño en animales más evolucionados.
“Ahora tenemos pruebas sólidas de que los animales deben haber adquirido la necesidad de dormir antes de adquirir un cerebro”, dice Taichi Q. Itoh, profesor asistente de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Kyushu y líder de la investigación publicada en Science Advances .
Si bien el comportamiento del sueño también se encontró recientemente en medusas, un pariente de las hidras y miembro del filo Cnidaria, el nuevo estudio de investigadores de la Universidad de Kyushu en Japón y el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan en Corea encontró que varios químicos provocan somnolencia y sueño. incluso en humanos tuvo efectos similares sobre la especie Hydra vulgaris .
"Basándonos en nuestros hallazgos e informes anteriores sobre las medusas, podemos decir que la evolución del sueño es independiente de la evolución del cerebro", afirma Itoh.
"Aún quedan muchas preguntas sobre cómo surgió el sueño en los animales, pero las hidras proporcionan una criatura fácil de manejar para investigar más a fondo los mecanismos detallados que producen el sueño en los animales sin cerebro para ayudar posiblemente algún día a responder estas preguntas".
Con solo un par de centímetros de largo, las hidras tienen una red difusa de nervios pero carecen de la centralización asociada con un cerebro.
Si bien el sueño a menudo se monitorea en función de la medición de las ondas cerebrales, esta no es una opción para los animales pequeños y sin cerebro.
Como alternativa, los investigadores utilizaron un sistema de video para rastrear el movimiento a fin de determinar cuándo las hidras estaban en un estado de sueño caracterizado por un movimiento reducido, que podría interrumpirse con un destello de luz.
En lugar de repetirse cada 24 horas como un ritmo circadiano, los investigadores encontraron que las hidras exhiben un ciclo de cuatro horas de estados activos y similares al sueño.
Más importante aún, los investigadores descubrieron muchas similitudes relacionadas con la regulación del sueño a nivel molecular y genético, independientemente de la posesión de un cerebro.
La exposición de las hidras a la melatonina, una ayuda para dormir de uso común, aumentó moderadamente la cantidad y la frecuencia del sueño, mientras que el neurotransmisor inhibidor GABA, otra sustancia química relacionada con la actividad del sueño en muchos animales, aumentó considerablemente la actividad del sueño.
Por otro lado, la dopamina, que provoca excitación en muchos animales, en realidad promueve el sueño en las hidras.
"Si bien algunos mecanismos del sueño parecen haberse conservado, otros pueden haber cambiado de función durante la evolución del cerebro", sugiere Itoh.
Además, los investigadores podían usar vibraciones y cambios de temperatura para perturbar el sueño de las hidras e inducir signos de privación del sueño, haciendo que las hidras duerman más durante el día siguiente e incluso suprimiendo la proliferación celular.
Investigando más de cerca, los investigadores encontraron que la falta de sueño conducía a cambios en la expresión de 212 genes, incluido uno relacionado con PRKG, una proteína involucrada en la regulación del sueño en una amplia gama de animales, incluidos ratones, moscas de la fruta y nematodos.
La alteración de otros genes de la mosca de la fruta que parecen compartir un origen evolutivo común con los relacionados con el sueño en las hidras alteró la duración del sueño en las moscas de la fruta, y una mayor investigación de dichos genes puede ayudar a identificar genes relacionados con el sueño actualmente desconocidos en animales con cerebro.
"Tomados en conjunto, estos experimentos proporcionan una fuerte evidencia de que los animales adquirieron mecanismos relacionados con el sueño antes del desarrollo evolutivo del sistema nervioso central y que muchos de estos mecanismos se conservaron a medida que evolucionaron los cerebros", dice Itoh.
Acerca de esta noticia de investigación en neurociencia evolutiva
Fuente: Universidad de Kyushu
Contacto: William J. Potscavage Jr. - Universidad de Kyushu
Imagen: La imagen se atribuye a Taichi Q. Itoh, Universidad de Kyushu
Investigación original: acceso abierto.
“A sleep-like state in Hydra unravels conserved sleep mechanisms during the evolutionary development of the central nervous system” by Taichi Q. Itoh et al. Science Advances
Resumen
Un estado similar al sueño en Hydra desentraña los mecanismos del sueño conservados durante el desarrollo evolutivo del sistema nervioso central.
Los comportamientos del sueño se observan incluso en nematodos y artrópodos, aunque se sabe poco sobre cómo han surgido los mecanismos reguladores del sueño durante la evolución. Aquí, reportamos un estado similar al sueño en el cnidario Hydra vulgaris con una organización nerviosa primitiva. El sueño de la hidra estaba regulado por la homeostasis y era necesario para la proliferación celular, pero carecía de ritmos circadianos libres. En cambio, detectamos ritmos de 4 horas que podrían ser generados por osciladores ultradianos subyacentes al sueño de Hydra . El análisis de micromatrices (microarrays) en la Hydra privada de sueño reveló la expresión dependiente del sueño de 212 genes, incluida la proteína quinasa 1 dependiente de cGMP (PRKG1) y la ornitina aminotransferasa. Los efectos promotores del sueño de la melatonina, GABA y PRKG1 se conservaron en la Hydra. Sin embargo, la dopamina excitatoria indujo inesperadamente el sueño en la Hydra. Los efectos opuestos del metabolismo de la ornitina sobre el sueño también fueron evidentes entre Hydra y Drosophila , lo que sugiere el cambio evolutivo de sus funciones reguladoras del sueño. Por lo tanto, es posible que la fisiología relevante para el sueño y los componentes reguladores del sueño ya se hayan adquirido a niveles moleculares en un filo metazoario sin cerebro y se hayan reprogramado en consecuencia.
Traducido de Neuroscience News
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