Invertebrados sin orejas con habilidades auditivas

el gusano C. elegans se utiliza comúnmente como modelo para el estudio de la biología sensorial (así como para el estudio del desarrollo embrionario y el envejecimiento) porque su sistema nervioso es relativamente pequeño y conocido. Además, los gusanos han desarrollado una amplia gama de sistemas sensoriales para poder sobrevivir en entornos hostiles; estudios anteriores han demostrado que tienen los sentidos del tacto, oler, gusto, por la vista (aunque no tienen órganos visuales) y propiocepción. ¡Todo lo que falta es su repertorio!

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Un significado clave para escapar de los depredadores

En todas las especies, incluidos los humanos, la audición es esencial para identificar rápidamente una fuente de peligro; En el reino animal, las habilidades auditivas ayudan no solo a localizar a un depredador, sino también a su presa. Al favorecer claramente la supervivencia de los individuos, se puede pensar que el sentido del oído ha evolucionado ampliamente en todas las ramas de los animales. Pero la hipótesis es difícil de verificar, especialmente en el caso de los invertebrados acuáticos: es realmente difícil distinguir una verdadera respuesta conductual a las ondas sonoras y las simples vibraciones del agua.

Investigaciones recientes han demostrado que C. elegans vive en abono y material en descomposición por encima del suelo, lo que significa que es más vulnerable a algunos de sus depredadores (por ejemplo, artrópodos) cuyas actividades producen sonidos audibles. Por lo tanto, los investigadores especularon que estos gusanos podrían exhibir respuestas conductuales aversivas a los sonidos audibles, lo que podría ayudarlos a escapar de sus depredadores.

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A través de una serie de experimentos, los investigadores demostraron que cuando se emitía un ruido, los gusanos, aún desprovistos de órganos auditivos, se alejaban de él (una reacción llamada fonotaxia), lo que demuestra que podían escuchar y discernir dónde estaba el sonido. llegando a frecuencias que alcanzan el rango de kHz. Esta investigación tiene importantes implicaciones para la comprensión de otros animales. ” Nuestro estudio muestra que animales ningun oido puede Nació no ser considerado insensible al sonido “, Escribir científicos en revisión neurona.

Un rango de frecuencia más amplio que el de algunos vertebrados.

C. elegans es un gusano muy pequeño, de solo un milímetro de largo. Por lo tanto, los investigadores desarrollaron un sistema que permite transmitir estímulos sonoros a través de un altavoz a partes muy específicas del cuerpo del gusano (hacia la cabeza o la cola). Específicamente, los estímulos sonoros transmitidos a la cabeza (durante 2 s, a una frecuencia de 1 kHz, a un nivel de presión sonora de 80 dB) impidieron que los gusanos avanzaran e incluso desencadenaron un movimiento hacia atrás. Por otro lado, cuando el sonido se dirigía hacia la cola del gusano, los estímulos sonoros lo hacían avanzar.

(A) Esquema del experimento. (B) Instantáneas que muestran que un estímulo sonoro activa la fonotaxis en el gusano. (C) Ya sea que el sonido se dirija hacia la cabeza (gráfico de la izquierda) o la cola (gráfico de la derecha), el gusano exhibe un comportamiento de evitación. (D) Los gusanos responden al sonido de una manera dependiente de la frecuencia. (E) El mismo comportamiento se observa en gusanos mutantes (cuyas neuronas receptoras táctiles se han inhibido). Créditos: AJ Iliff et al., Neuron, 2021.

En particular, los investigadores señalan que los gusanos respondieron al sonido en frecuencias de 100 Hz a 5 kHz, un rango de frecuencia aún más amplio que algunos animales vertebrados (como la mayoría de peces y tortugas). El umbral de activación, la intensidad necesaria para desencadenar las respuestas de evitación, varió con las frecuencias de sonido, alcanzando el rango de 50 a 60 dB a bajas frecuencias.

¿Cómo podemos estar seguros de que este comportamiento es realmente inducido por el sonido emitido y no por las vibraciones transmitidas por el sustrato (aquí, una placa de agar)? En ese caso, nos enfrentaríamos a una respuesta al tacto en lugar del sonido. Este tipo de comportamiento, llamado mecanosensorial, ya ha sido caracterizado: está mediado por neuronas receptoras táctiles. Entonces, para despejar la duda, los investigadores llevaron a cabo el experimento con gusanos mutantes, en el que se desactivaron estas neuronas. Resulta que se comportaron exactamente como sus contrapartes, lo que confirma que, de hecho, la fonotaxis se desencadena por los sonidos del aire en lugar de las vibraciones del sustrato.

Animales que escuchan a través de la piel

Si no tienen oídos, ¿cómo escuchan los sonidos estos gusanos? Los investigadores explican que la onda de sonido vibra en la piel de C. elegans, que actúa como un transductor de presión sonora en el movimiento mecánico (como el tímpano de insectos y vertebrados). El cuerpo del gusano está cubierto por la llamada cutícula, una fina membrana elástica compuesta principalmente de colágeno. Usando vibrometría láser Doppler, los investigadores encontraron que la superficie de la cutícula del gusano vibraba activamente bajo el efecto del sonido.

(A) Diagrama que describe el sistema de vibrometría utilizado para medir las vibraciones. (B y C) Medidas de desplazamiento y velocidad de las vibraciones sonoras a nivel de la piel y el sustrato del gusano. Créditos: AJ Iliff y col., Neuron, 2021.

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El equipo también identificó dos neuronas sensibles al sonido responsables del comportamiento fonotáctico: las neuronas FLP y PVD, que, según el estudio, requieren un tipo diferente de canal de mecanotransducción para transducir señales de sonido (en comparación con lo que observamos en los vertebrados).

En resumen, este estudio apoya la idea de que el sentido del oído podría haber evolucionado varias veces de forma independiente entre los diferentes phyla animales (a diferencia del sentido de la vista, que apareció relativamente temprano y probablemente solo una vez en el curso de la evolución). También plantea la posibilidad de que otros invertebrados sin orejas, especialmente los invertebrados de cuerpo blando como C. elegans, como los moluscos terrestres, los anélidos y las tenias, también pueden tener la capacidad de oír, concluyen los investigadores.