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Cada otoño, las mariposas monarca de Canadá y Estados Unidos giran sus alas de color naranja, negro y blanco moteado hacia el Río Grande y migran más de 3.000 kilómetros hasta el relativo calor del centro de México.
Este viaje, repetido instintivamente por generaciones de monarcas, continúa incluso cuando el número de monarcas ha caído en picado debido a la pérdida de su única fuente de alimento larvario: el algodoncillo. Pero en medio de estas tristes noticias, un equipo de investigación cree haber descifrado el secreto de la brújula interna, genéticamente codificada, que las monarcas utilizan para determinar la dirección -suroeste- en la que deben volar cada otoño.
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Brújula
«Su brújula integra dos datos -la hora del día y la posición del sol en el horizonte- para encontrar la dirección hacia el sur», explica Eli Shlizerman, profesor adjunto de la Universidad de Washington.
Aunque la naturaleza de la capacidad de la mariposa monarca para integrar la hora del día y la ubicación del sol en el cielo se conoce por investigaciones anteriores, los científicos nunca han entendido cómo el cerebro de la monarca recibe y procesa esta información. Shlizerman, que trabaja conjuntamente en el Departamento de Matemáticas Aplicadas y el Departamento de Ingeniería Eléctrica, se asoció con colegas de la Universidad de Michigan y la Universidad de Massachusetts para modelar cómo se organiza la brújula de la monarca en su cerebro.
«Queríamos entender cómo la monarca procesa estos diferentes tipos de información para producir este comportamiento constante: volar hacia el suroeste cada otoño», dijo Shlizerman, que es autor principal del artículo del equipo publicado el 14 de abril en la revista Cell Reports.
Las monarcas utilizan sus grandes y complejos ojos para controlar la posición del sol en el cielo. Pero la posición del sol no es suficiente para determinar la dirección. Cada mariposa debe combinar también esa información con la hora del día para saber hacia dónde dirigirse. Afortunadamente, como la mayoría de los animales, incluidos los humanos, las monarcas poseen un reloj interno basado en la expresión rítmica de genes clave. Este reloj mantiene un patrón diario de fisiología y comportamiento. En la mariposa monarca, el reloj está centrado en las antenas y su información viaja a través de las neuronas hasta el cerebro.
Los biólogos han estudiado anteriormente los patrones rítmicos de las antenas de las monarcas que controlan el reloj interno, así como el modo en que sus ojos compuestos descifran la posición del sol en el cielo. Los colaboradores de Shlizerman, entre los que se encuentra Steven Reppert, de la Universidad de Massachusetts, registraron las señales de los nervios de las antenas de las monarcas mientras transmitían la información del reloj al cerebro, así como la información lumínica de los ojos.
«Creamos un modelo que incorporaba esta información: cómo las antenas y los ojos envían esta información al cerebro», dijo Shlizerman. «Nuestro objetivo era modelar qué tipo de mecanismo de control funcionaría dentro del cerebro, y luego nos preguntamos si nuestro modelo podría garantizar una navegación sostenida en la dirección suroeste».
Mecanismo neuronales
En su modelo, dos mecanismos neuronales -uno inhibitorio y otro excitatorio- controlaban las señales de los genes del reloj en las antenas. Su modelo disponía de un sistema similar para discernir la posición del sol a partir de las señales de los ojos. El equilibrio entre estos mecanismos de control ayudaría al cerebro de la monarca a descifrar la dirección del suroeste.
Basándose en su modelo, también parece que cuando hacen correcciones de rumbo las monarcas no se limitan a tomar el giro más corto para volver a la ruta. Su modelo incluye una característica única: un punto de separación que controlaría si la monarca gira a la derecha o a la izquierda para dirigirse a la dirección suroeste.
«La ubicación de este punto en el campo visual de la mariposa monarca cambia a lo largo del día», dijo Shlizerman. «Y nuestro modelo predice que la monarca no cruzará este punto cuando haga una corrección de rumbo para volver al suroeste».
Según sus simulaciones, si una monarca se desvía de su rumbo debido a una ráfaga de viento o a un objeto en su camino, girará en la dirección que no le obligue a cruzar el punto de separación.
Sería necesario realizar estudios adicionales para confirmar si el modelo de los investigadores es coherente con la anatomía, la fisiología y el comportamiento del cerebro de la mariposa monarca. Hasta ahora, algunos aspectos de su modelo, como el punto de separación, parecen coincidir con los comportamientos observados.
«En los experimentos con monarcas en diferentes momentos del día, se ven ocasiones en las que sus giros en las correcciones de rumbo son inusualmente largos, lentos o serpenteantes», dijo Shlizerman. «Podrían ser casos en los que no pueden hacer un giro más corto porque requeriría cruzar el punto de separación».
Su modelo también sugiere una explicación sencilla de por qué las mariposas monarca son capaces de invertir su rumbo en primavera y dirigirse al noreste de vuelta a Estados Unidos y Canadá. Los cuatro mecanismos neuronales que transmiten información sobre el reloj y la posición del sol simplemente tendrían que invertir la dirección.
Suroeste
«Y cuando eso ocurre, su brújula apunta al noreste en lugar de al suroeste», dijo Shlizerman. «Es un sistema sencillo y robusto para explicar cómo estas mariposas -generación tras generación- realizan esta notable migración».
Además de Reppert, otros coautores del trabajo son James Phillips-Portillo, de la Universidad de Massachusetts, y Daniel Forger, de la Universidad de Michigan. El trabajo de Shlizerman ha sido financiado por la National Science Foundation y el Washington Research Fund.
