I grandi cervelli delle specie di farfalle si sono adattati dando loro un vantaggio di sopravvivenza, secondo uno studio — ScienceDaily

Una regione del loro cervello, nota come corpo del fungo per la sua forma, è da due a quattro volte più grande di quella dei loro parenti stretti.

I risultati, pubblicati oggi in Comunicazioni sulla naturasuggeriscono che la struttura e la funzione del sistema nervoso sono strettamente legate alla nicchia ecologica e al comportamento di un organismo.

Il dottor Stephen Montgomery della School of Biological Sciences di Bristol ha spiegato: “Eliconio sono le uniche farfalle conosciute per raccogliere e digerire il polline, che fornisce loro una fonte adulta di proteine, quando la maggior parte delle altre farfalle ottiene esclusivamente proteine ​​​​come bruchi.

“Questo cambiamento nella dieta lo consente Eliconio vivere vite molto più lunghe, ma apparentemente raccolgono solo polline da specie vegetali specifiche che si trovano a basse densità.

“Imparare la posizione di queste piante è quindi un comportamento critico per loro, ma per farlo devono presumibilmente investire di più nelle strutture neurali e nelle cellule che supportano la memoria spaziale”.

Il team si è concentrato sulla relazione tra l’espansione del corpo dei funghi, la specializzazione sensoriale e l’innovazione evolutiva dell’alimentazione del polline.

Lo studio ha comportato una sintesi unica di dati comparativi sulla struttura del cervello su larga scala, la composizione cellulare e la connettività nel cervello e studi sul comportamento tra le specie.

Hanno costruito modelli 3D del cervello in 30 specie che si nutrono di polline Eliconioe 11 specie di generi strettamente imparentati, raccolte in tutto il Centro e Sud America.

Il volume di diverse aree del cervello è stato misurato e mappato su alberi filogenetici (familiari) per stimare dove si sono verificati i principali cambiamenti evolutivi nella composizione del cervello.

Hanno quindi studiato i cambiamenti nei circuiti neurali quantificando il numero di neuroni nei corpi dei funghi e la densità delle loro connessioni, nonché la specializzazione sensoriale tracciando gli input neurali dalle aree cerebrali che elaborano le informazioni visive e l’olfatto prima di inviarle al cervello centrale. .

Infine, in collaborazione con lo Smithsonian Tropical Research Institute di Panama, hanno condotto esperimenti comportamentali su specie chiave per valutare se l’espansione osservata del corpo del fungo fosse correlata al miglioramento dell’apprendimento visivo e della memoria.

Un risultato sorprendente è la notevole gamma di variazione delle dimensioni del corpo dei funghi osservata tra queste specie strettamente imparentate in un lasso di tempo evolutivo relativamente breve. Nell’intero set di dati, la dimensione del corpo del fungo varia di 25 volte.

Ciò fornisce un esempio convincente di come specifiche strutture cerebrali possono variare indipendentemente nel tempo evolutivo, noto come evoluzione a mosaico, quando sono soggette a forti vincoli selettivi per l’adattamento comportamentale.

Il dott. Montgomery ha aggiunto: “Abbiamo identificato che i cambiamenti nelle dimensioni del corpo dei funghi sono dovuti a un aumento del numero di ‘cellule Kenyon’, i neuroni che formano la maggior parte del corpo dei funghi e le cui interazioni sono ritenute la base dell’immagazzinamento della memoria, nonché come maggiori input dal sistema visivo.

“Questa espansione e specializzazione visiva dei corpi dei funghi è stata accompagnata da un potenziamento dell’apprendimento visivo e delle capacità di memoria. Attraverso questa sintesi di tipi di dati, forniamo un chiaro esempio di un nuovo comportamento di foraggiamento che coincide con gli adattamenti nel cervello e i cambiamenti cognitivi associati”.

Il co-autore principale, il dottor Antoine Couto di Bristol, ha dichiarato: “” Lo studio rivela come la struttura del cervello di Eliconio le farfalle, in particolare i corpi dei funghi, hanno subito notevoli cambiamenti che sono strettamente legati ai loro comportamenti specializzati nel foraggiamento.

“Queste farfalle hanno sviluppato corpi di funghi più grandi con capacità di elaborazione visiva potenziate, consentendo loro di discriminare schemi visivi complessi e conservare ricordi visivi per periodi prolungati. Questi risultati evidenziano l’affascinante connessione tra evoluzione cerebrale e adattamenti comportamentali nel mondo naturale”.

Il dott. Fletcher Young, anche co-autore principale, ha aggiunto: “Questo studio fornisce una rara combinazione di dati neurobiologici e comportamentali tra specie strettamente imparentate, rivelando un chiaro esempio di marcati cambiamenti evolutivi nel cervello su una scala temporale relativamente breve che coincide con un miglioramento della vista capacità di apprendimento e memoria. Identificare tali relazioni tra adattamenti cerebrali e cambiamenti comportamentali è fondamentale per la nostra comprensione dell’evoluzione cognitiva”.

Il dottor Montgomery ha concluso: “Forniamo la prova che la struttura del cervello può variare in modo sorprendente anche tra specie strettamente imparentate che vivono negli stessi habitat.

“In questo esempio, l’innovazione di una serie di comportamenti ha portato a una drammatica espansione dell’apprendimento critico e dei centri della memoria nel cervello, e mostriamo che questi cambiamenti neurali si verificano in concomitanza con miglioramenti sostanziali nelle capacità cognitive.

“Ipotizziamo che queste differenze comportamentali riflettano sia una risposta diretta alla selezione sul comportamento di foraggiamento, sia le informazioni che le farfalle stanno estraendo per l’ambiente che le circonda per guidare il loro comportamento”.

Comprendere la relazione tra anatomia cerebrale, elaborazione sensoriale e comportamento di foraggiamento Eliconio le farfalle potrebbero anche fornire informazioni sull’evoluzione dei meccanismi di apprendimento e memoria non solo negli insetti, ma anche in altri animali poiché la funzione e i circuiti dei corpi dei funghi condividono alcune somiglianze con i cervelli dei vertebrati. Quindi queste farfalle forniscono un sistema eccellente in cui esplorare le basi neurali dell’apprendimento e della memoria con rilevanza diffusa.