El aprendizaje asociativo del comportamiento social en los nemátodos

Estudiar el sistema nervioso humano es muy complicado porque es una red muy compleja de células interconectadas entre sí. Todas nuestras acciones, sentimientos, recuerdos, sueños, incluso nuestra conciencia, emergen de su funcionamiento. Para entenderlo se utilizan modelos animales con un sistema nervioso mucho más sencillo, como el nemátodo Caenorhabditis elegans, un “gusano” de solo 1 mm de largo con menos de 400 neuronas, cuyo genoma codifica tantos neurotransmisores, receptores de neurotransmisores, canales iónicos y componentes de la sinapsis como los seres humano. En los humanos, las hormonas oxitocina (OT) y vasopresina (VP) estimulan comportamientos maternales, reproductivos, agresivos y afiliativos; no solo en humanos, también en los mamíferos. Siendo hormonas cuyo origen genético se remonta hasta hace al menos 700 millones de años, podemos esperar que también sean importantes en los invertebrados. Sendos artículos en Science han encontrado una hormona del nemátodo C. elegans, llamada nematocina (NTC-1) que es análoga a OT y VP, cuya función es regular el comportamiento reproductivo y la plasticidad gustativa (quimiotaxis) en estos invertebrados. Nos lo cuenta Scott W. Emmons, “The Mood of a Worm,” Science 338: 475-476, 26 October 2012, quien se hace eco de los artículos técnicos de Jennifer L. Garrison et al, “Oxytocin/Vasopressin-Related Peptides Have an Ancient Role in Reproductive Behavior,” Science 338: 540-543, 26 October 2012, y Isabel Beets et al, “Vasopressin/Oxytocin-Related Signaling Regulates Gustatory Associative Learning in C. elegans,” Science 338: 543-545, 26 October 2012.

La oxitocina y la vasopresina son segregadas por las neuronas del hipotálamo; la primera regula el comportamiento sexual y reproductivo, y la segunda controla el equilibrio hídrico (la sensación de sed y la necesidad de beber agua). En el nemátodo, la nematocina se segrega tanto en las neuronas de la cabeza como en las de la cola, regulando su comportamiento sexual y la quimiotaxis de la sal. Garrison et al. demuestran que la nematocina, al igual que la oxitocina, es necesaria para el comportamiento sexual del macho. Machos mutantes que carecen de nematocina buscan pareja con menor frecuencia, inician la cópula más lentamente y no la ejecutan de forma correcta. Beets et al. demuestran que la nematocina modifica el comportamento ante la sal de los nemátodos. Normalmente, los gusanos son atraídos por la sal, pero en ausencia de alimento rehuyen de ella. Los mutantes con deficiencia de nematocina no ejecutan este comportamiento. Por tanto, la nematocina actúa en los nemátodos como lo hacen la oxitocina y la vasopresina en los humanos. La ventaja de C. elegans es que se conocen todas y cada una de sus células, por lo que se pueden identificar con detalle las células que segregan la nematocina y las que presentan receptores a ella.

El único animal cuyo conectoma completo es conocido es el nemátodo Caenorhabditis elegans, que para los adultos hermafroditas posee 302 neuronas y unas 7000 sinapsis o conexiones entre ellas; el grupo de Syndey Brenner publicó el borrador en 1986 y el de Dmitri Chklovskii la versión completa en 2006. ¿Qué ha aportado el conectoma de C. elegans? Poco en sí mismo, aunque ha sido la base para las hipótesis que han permitido diseñar muchos experimentos que han ayudado a entender mejor los comportamientos de este nemátodo. Por ello, este conectoma está ayudando a los investigadores a entender cómo C. elegans responde a la temperaturaa los productos químicos y a la estimulación mecánica, cómo busca pareja o cómo pone huevos. También se han descubierto habilidades desconocidas, como la respuesta a la luz, sorprendente en una criatura que vive en completa oscuridad. El problema del conectoma es que, incluso para este nemátodo, presenta una asombrosa complejidad y es muy costoso de determinar (el conectoma de los C. elegans  machos (menos del 0,05% lo son), que posee 383 neuronas, 81 más que los hermafroditas, se publicó en 2011 tras tres años de trabajo).

La función del sistema nervioso se considera una propiedad emergente del conectoma, el cableado del sistema nervioso de un ser vivo a nivel sináptico. El conectoma parece ser algo necesario, pero no suficiente, para entender el funcionamiento del sistema nervioso central. Se trata de un mapa de carreteras que nos dice por dónde pueden moverse los automóviles, pero no nos dice ni cuántos hay, ni hacia dónde se dirigen. Un ser humano posee unas 86 mil millones de neuronas conectadas por unas 100 billones de sinapsis. Determinar el conectoma humano tiene un coste económico muy alto. ¿Merece la pena invertir en determinar el conectoma humano? Nos lo cuenta Ferris Jabr, “The Connectome Debate: Is Mapping the Mind of a Worm Worth It?,” Mind & Brain, Scientific American, October 2, 2012.