Descifran el secreto de la brújula interna de la mariposa monarca

Cada otoño, millones de mariposas monarca atraviesan Canadá y Estados Unidos y recorren más de 3.000 km hasta el centro de México, llevando a cabo una de las más hermosas y masivas migraciones del reino animal. Este viaje milagroso se repite instintivamente cada generación, pero cómo consiguen los insectos orientarse es todavía un misterio. Científicos de la Universidad de Washington han logrado descifrar el secreto de la brújula interna, codificado genéticamente, que las monarca utilizan para determinar la dirección suroeste hacia la que deben volar cada año.

La brújula interna de las mariposas monarca integra dos tipos de información: la posición del Sol en el horizonte y la hora del día. Básicamente, si tienen que viajar al suroeste por la mañana, vuelan con el Sol a su izquierda, y si tienen que viajar al suroeste por la tarde, se orientan con el Sol a su derecha, con los ajustes correspondientes a lo largo del día.

Esto se conocía de investigaciones previas, pero los científicos nunca han entendido cómo el cerebro de la monarca recibe y procesa esta información, que es lo que ahora ayudan a aclarar los resultados de los investigadores de Washington, en colaboración con sus colegas de las universidades de Michigan y Massachusetts.

Estas mariposas utilizan sus grandes y complejos ojos para controlar la posición del Sol en el cielo. Sin embargo, eso no es suficiente para determinar la dirección. Cada mariposa también debe combinar esa información con la hora del día para saber a dónde ir. Afortunadamente, como la mayoría de los animales, incluidos los seres humanos, las monarca poseen un reloj interno basado en la expresión rítmica de genes clave. En su caso, el reloj se centra en las antenas, y su información viaja a través de las neuronas en el cerebro.

Los biólogos han estudiado previamente los patrones rítmicos en las antenas de la monarca que controlan el reloj interno, así como la forma en la que sus ojos compuestos descifran la posición del Sol en el cielo. Los investigadores registraron las señales de los nervios de las antenas en las monarca cuando transmiten información del reloj al cerebro, así como la información de la luz de los ojos.

De esta forma, elaboraron una serie de ecuaciones para modelar la actividad neuronal de las mariposas. Después de la estimación de las tasas de disparo de las neuronas en las antenas y los ojos, los investigadores extrapolaron cómo esas neuronas podrían interactuar entre sí en un modelo simplificado. Entonces, construyeron ecuaciones que indican si un ángulo determinado de vuelo era correcto o si la mariposa necesitaba guiarse hacia la izquierda o la derecha con el fin de dirigirse al suroeste.

«Un tesoro biológico»

El modelo final predijo las conductas de la vida real de las mariposas para orientarse en un simulador de vuelo en diferentes momentos del día. «Buscamos cuidadosamente una gran cantidad de diferentes tipos de comportamientos que se ven en el vuelo de la mariposa monarca, y el modelo fue capaz de reproducirlos», dicen los científicos.

Una de las principales conclusiones del modelo es la existencia de un «ángulo separatriz», que cambia de posición durante todo el día y marca el punto en el que una mariposa tiene que hacer una rotación completa para volver a orientarse. Si este ángulo es estrecho, cerca del Sol, entonces incluso una pequeña perturbación de la trayectoria del vuelo de la mariposa puede causar que gire alrededor varias veces antes de enfrentarse al suroeste de nuevo. Pero si el ángulo es amplio, con el punto de giro directamente opuesto al Sol, la mariposa puede dirigirse de manera eficiente a izquierda o derecha para corregir su trayectoria de vuelo con sólo cambios menores.

«Lo más importante que tenemos que hacer ahora es definir, en términos biológicos, lo que describe el modelo. Podemos utilizar sus parámetros para ayudarnos a diseccionar los circuitos involucrados en la navegación monarca», explican los investigadores. «Lo que esto pone de relieve es que son algo más que animales bonitos. Son un tesoro biológico».

Más información en la revista Cell Reports y en el blog del proyecto.