Los investigadores descubren los orígenes evolutivos del apetito estudiando el sistema nervioso simple de la hidra

A lo largo de la evolución, los organismos han desarrollado gradualmente sistemas nerviosos más complejos para coordinar funciones sensoriales, motoras y cognitivas cada vez más complejas y controlar el comportamiento asociado.

Recientemente, varios proyectos de investigación han demostrado que incluso criaturas simples con sistemas nerviosos muy extendidos pueden exhibir comportamientos neuronales complejos, como por ejemplo el procesamiento de señales visuales o el llamado aprendizaje asociado.

Investigadores del grupo de Biología Celular y del Desarrollo del Instituto de Zoología de la Universidad de Kiel están estudiando uno de estos organismos multicelulares simples: el pólipo de agua dulce Hidra.

En estudios anteriores, el equipo de investigación del Centro de Investigación Colaborativa (CRC) 1182 “Origen y función de los microorganismos”, dirigido por el profesor Thomas Busch, encontró vínculos entre el comportamiento de alimentación de Hydra y las neuronas involucradas.

Los investigadores han identificado grupos neuronales específicos en pólipos de agua dulce que controlan, entre otras cosas, la apertura de la boca de los animales. En un estudio de seguimiento, observaron que los animales alimentados reaccionaban de manera diferente a los estímulos alimentarios y también mostraban una locomoción reducida después de la alimentación en comparación con los individuos hambrientos.

En el siguiente paso, los investigadores quieren saber cómo los animales integran un estado metabólico complejo como la saciedad y modifican su comportamiento en consecuencia. En su estudio, el equipo de investigación pudo demostrar que el sistema nervioso de la hidra puede realmente «medir» el estado de su metabolismo interno.

Descubrieron que la hidra tiene dos grupos neuronales específicos conectados indirectamente cuya actividad cambia en función de la sensación de saciedad. Al igual que en los vertebrados más complejos, una población neuronal es responsable de la digestión y otra de integrar la saciedad y los cambios de comportamiento.

En conjunto, estos hallazgos pueden indicar etapas tempranas del SNC. El equipo de investigación CRC 1182, que también participa activamente en el Centro de Investigación Colaborativa “Neurotronics” 1461, publicó su informe Nuevos resultados en la revista Informes celulares.

La sensación de saciedad en la hidra afecta la alimentación y los comportamientos relacionados.

Primero, los investigadores estudiaron el efecto directo de la ingesta de alimentos sobre el comportamiento de alimentación de la hidra. Los animales alimentados con su dieta normal mostraron una reacción limitada a los estímulos alimentarios durante hasta ocho horas después y abrieron la boca significativamente más lentamente o no abrieron la boca en absoluto.

En experimentos adicionales, el equipo de investigación observó otros cambios de comportamiento que estaban indirectamente relacionados con la ingesta de alimentos. “Por ejemplo, después de alimentar a los animales, mostraron mucha menos atracción por los estímulos luminosos y una supresión igualmente fuerte de los patrones de movimiento naturales.

«Una posibilidad es que la hidra se mueva hacia la luz en busca de alimento, dando un movimiento parecido a un salto mortal. Por lo tanto, sentirse lleno inhibe estos patrones de comportamiento, ya que los animales alimentados temporalmente no tienen que buscar comida», dice el Dr. Christophe. Giez, investigador asociado del Grupo de Investigación en Biología Celular y del Desarrollo.

La actividad de las neuronas depende del estado metabólico interno.

En el siguiente paso, investigadores de la Universidad de Keele investigaron la cuestión de cómo opera el control neuronal en estos amplios patrones de comportamiento y si es posible detectar una «detección» del estado metabólico en la actividad de neuronas específicas.

«Un determinado grupo de nervios en la capa de tejido externo muestra una mayor frecuencia durante la alimentación, independientemente de si todavía hay comida en la cavidad corporal o no», dice Ghez. «Esta actividad vuelve a disminuir con el tiempo hasta que el animal vuelve al comportamiento normal de alimentación». de nuevo.» . .

La actividad de otro grupo de nervios en la capa de tejido interno de los animales está determinada por si hay alimento presente en el sistema digestivo del animal o no. Su activación parece depender de la estimulación mecánica por parte de componentes nutricionales.

Los investigadores llevaron a cabo más experimentos funcionales para investigar la relación entre la actividad de estos dos grupos de nervios en el llamado endodermo y ectodermo y el comportamiento de los animales en función de su saciedad.

Cuando eliminaron experimentalmente neuronas del ectodermo, los animales perdieron la capacidad de moverse y orientarse hacia la luz. Por otro lado, las interneuronas están directamente relacionadas con la ingesta y excreción de alimentos.

«Por tanto, podemos concluir que la población ectodérmica es la principal responsable del movimiento y la integración de estímulos», afirma Ghez. «Al demostrar esta subfuncionalización de las neuronas en un sistema simple, pudimos demostrar que algunos grupos de nervios en Hydra en realidad pueden realizar funciones centrales similares a las que se encuentran en sistemas nerviosos más complejos».

Los grupos de nervios implicados en la conducta alimentaria liberan neuropéptidos inhibidores

Finalmente, el equipo de investigación investigó si ciertos péptidos o neurotransmisores asociados con el comportamiento alimentario se producen en diferentes grados en la hidra hambrienta y saciada.

«Hemos descubierto que ciertos neuropéptidos están significativamente regulados positivamente en animales saciados. Ya se sabía que este neurotransmisor también participa en el control de los movimientos tipo voltereta de los animales, las contracciones y la regulación de la saciedad en otros cnidarios», afirma Ghez. .

Es posible que este péptido, que es producido únicamente por grupos nerviosos implicados en la conducta alimentaria, desempeñe un papel importante en la regulación del apetito en la hidra, tal vez desempeñando un papel en la comunicación indirecta entre grupos nerviosos intrínsecos y extrínsecos.

En general, los investigadores de CRC 1182 pudieron rastrear la regulación neuronal de la saciedad en Hydra principalmente en dos grupos de nervios y sus efectos en una amplia gama de patrones de comportamiento asociados con la alimentación.

«Esto demuestra que un sistema muy simple como la red neuronal difusa de un pólipo de agua dulce es realmente capaz de detectar algo tan complejo como el estado del metabolismo interno y puede regular comportamientos relevantes en consecuencia».

«A partir de estas observaciones podremos aprender más sobre cómo funciona esta modificación en organismos más complejos y, así, gradualmente aprenderemos más sobre los orígenes evolutivos de la sensación de hambre y su desarrollo posterior», afirma el jefe del grupo de investigación. . Profesor Thomas Busch.