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El mapa cerebral más grande jamás revelado revela las neuronas de la mosca de la fruta con exquisito detalle

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Puede que las moscas de la fruta no sean los organismos más inteligentes, pero los científicos aún pueden hacerlo Aprende mucho de su cerebro. Los investigadores esperan hacerlo ahora que tienen un nuevo mapa, el más completo de cualquier organismo hasta la fecha, del cerebro de una sola mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). El diagrama de cableado, o “Conectoma”, incluye aproximadamente 140.000 neuronas y captura más de 54,5 millones de sinapsis, las conexiones entre neuronas.

“Esto es enorme”, afirma Clay Reed, neurobiólogo del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en Seattle, Washington, que no participó en el proyecto, pero trabajó con un miembro del equipo. “Es algo que el mundo ha estado esperando ansiosamente durante mucho tiempo”.

Mapa1 Descrito en Paquete de nueve hojas de datos Publicado en naturaleza hoy. Sus creadores forman parte de un consorcio conocido como alambre voladorFue codirigido por los neurocientíficos Mala Murthy y Sebastian Seung de la Universidad de Princeton en Nueva Jersey.

largo camino

Seong y Murthy dicen que han estado desarrollando el mapa FlyWire durante más de cuatro años, utilizando imágenes de microscopio electrónico de cortes del cerebro de la mosca. Los investigadores y sus colegas unieron los datos para formar un mapa completo del cerebro con la ayuda de herramientas de inteligencia artificial.

Pero estas herramientas no son perfectas y es necesario comprobar si hay errores en el diagrama de cableado. Los científicos han pasado mucho tiempo examinando manualmente los datos, lo cual es mucho tiempo. Pidieron voluntarios para ayudar. En total, los miembros y voluntarios del consorcio realizaron más de tres millones de ajustes manuales, según el coautor Gregory Jeffress, neurocientífico de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. (Gran parte de este trabajo, señala, se realizó en 2020, cuando los investigadores de moscas estaban en apuros y trabajaban desde casa durante la pandemia de COVID-19).

Animación de una neurona CT1 en el cerebro de Drosophila. Hay dos de ellos; Cada uno abarca un ojo completo y contiene más de 148.000 sinapsis. Fuente: Laboratorios Amy Sterling, Murthy y Seong, Universidad de Princeton (ref. 1)

Pero el trabajo está lejos de terminar: aún hay que anotar el mapa, un proceso en el que investigadores y voluntarios etiquetan cada neurona como un tipo de célula específico. Jeffress compara la tarea con la evaluación de imágenes satelitales: los programas de inteligencia artificial podrían estar entrenados para reconocer lagos o caminos en tales imágenes, pero los humanos tendrían que verificar los resultados y nombrar ellos mismos los lagos o caminos específicos. Finalmente, los investigadores identificaron 8.453 tipos de neuronas, mucho más de lo que nadie esperaba. De estos descubrimientos, 4.581 han sido descubiertos recientemente, lo que creará nuevas direcciones de investigación, dice Seong. “Cada uno de estos tipos de células es una cuestión”, añade.

El equipo también quedó sorprendido por algunas de las formas en que las diferentes células se comunican entre sí. Por ejemplo, las neuronas que se pensaba que participaban en un solo circuito de cableado sensorial, como la vía visual, tendían a recibir señales de múltiples sentidos, incluidos el oído y el tacto.1. “Es sorprendente lo interconectado que está el cerebro”, dice Murthy.

Explora el mapa

Los datos de los mapas FlyWire han estado disponibles para que los investigadores los exploren durante los últimos años. Esto ha permitido a los científicos aprender más sobre el cerebro y sobre las moscas de la fruta, resultados que han quedado registrados en algunas investigaciones publicadas en naturaleza hoy.

en una hoja2Por ejemplo, los investigadores utilizaron una red neuronal para crear un modelo informático de todo el cerebro de la mosca de la fruta, incluidas todas las conexiones entre las neuronas. Lo probaron activando neuronas que saben que detectan sabores dulces o amargos. Luego, estas neuronas dispararon una serie de señales a través del cerebro de la mosca virtual, estimulando en última instancia las neuronas motoras asociadas con la probóscide de la mosca, el equivalente mamífero de la lengua. Cuando se activaba el circuito dulce, se enviaba una señal para extender la probóscide, como si el insecto se dispusiera a alimentarse; Cuando se activó el circuito amargo, esta señal fue inhibida. Para validar estos resultados, el equipo activó las mismas neuronas en moscas de la fruta reales. Los investigadores descubrieron que la simulación tenía una precisión de más del 90% a la hora de predecir qué neuronas responderían y, por tanto, cómo se comportaría la mosca.

Y en otro estudio3Los investigadores describen dos circuitos de cables que le indican a la mosca que deje de caminar. Uno de ellos contiene dos neuronas encargadas de detener las señales de “caminar” enviadas desde el cerebro cuando la mosca quiere detenerse y alimentarse. El otro circuito incluye neuronas en el cordón nervioso, que reciben y procesan señales del cerebro. Estas células crean resistencia en las articulaciones de las patas de la mosca, lo que permite que el insecto se detenga mientras se limpia.

Una limitación de la nueva red neuronal es que fue creada a partir de una única mosca hembra de la fruta. Aunque los cerebros de las moscas de la fruta son similares entre sí, no son idénticos. Hasta la fecha, la red neuronal más completa en el cerebro de la mosca de la fruta es… Mapa del hemisferio cerebral – Parte del cerebro de la mosca contiene unas 25.000 neuronas. en uno de naturaleza Los periódicos están disponibles hoy.4Jeffress, Davey Bock, neurobiólogo de la Universidad de Vermont en Burlington, y sus colegas compararon el cerebro del FlyWire con el de un hemisferio cerebral.

Algunas diferencias fueron sorprendentes. La mosca FlyWire tenía casi el doble de neuronas en una estructura cerebral llamada cuerpo en forma de hongo, que tiene un papel en el olfato, que la mosca utilizada en el proyecto de mapeo hemisférico. Bok cree que esta discrepancia puede deberse a que la mosca hemicefálica pudo haber muerto de hambre mientras crecía, lo que comprometió su desarrollo cerebral.

Los investigadores de FlyWire dicen que todavía queda mucho trabajo por hacer para comprender completamente el cerebro de la mosca de la fruta. Por ejemplo, la última red neuronal sólo muestra cómo las neuronas están conectadas a través de sinapsis químicas, a través de las cuales moléculas llamadas neurotransmisores envían información. No proporciona ninguna información sobre la conductividad eléctrica entre o alrededor de las neuronas. Cómo se comunican químicamente las neuronas fuera de las sinapsis. Murthy espera tener también una red neuronal para la mosca macho, lo que permitirá a los investigadores estudiar comportamientos específicos de los machos, como el canto. “Aún no hemos terminado, pero es un gran paso”, afirma Bock.

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La mosca de la fruta es el huésped de la primera avispa parásita descrita para moscas adultas

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Familia Braconidae Latrielle, 1829

Subfamilia Euphorinae Foerster, 1862

Tribu del espectáculo Centritini, 1985

sexo Centritos Forster, 1862

Subgénero Centritos Forster, 1862

Centritus Perlemani Publicación especial de Shaw & Ballinger, 2024

Origen de la palabra. Esta especie lleva el nombre de Steve Perlman (Universidad de Victoria, Columbia Británica, Canadá), en reconocimiento a sus contribuciones a la investigación y orientación en el campo. mosca de la frutaInteracciones de parásitos.

Tipo de material. Patrón: Hembra (depositada en el Museo de Insectos de la Universidad de Wyoming, UWIM), EE. UU., Mississippi, Condado de Oktibbeha, Starkville; GPS: 33.494303, −88.753891; Ubicación: Patio, bosque de pinos y cedros; coleccionista de LDM; Fue criado a partir de un macho adulto afectado. D.Relacionado conFecha de recolección de moscas infectadas: 12 de julio de 2023; Fecha de aparición de larvas del parásito: 21 de julio de 2023; Fecha de aparición de avispas adultas, 13 de agosto de 2023; Fecha de fallecimiento: 24 de agosto de 2023; Etiqueta del tubo: flor de ranúnculo.

Fenotipo. 1 hembra, igual que los datos del patrón original excepto la fecha de recolección de moscas infectadas: 5 de abril de 2023; Fecha de aparición de larvas (parásitos): 15 de abril de 2023; Fecha de aparición de adultos (avispa): 7 de mayo de 2023; Fecha de fallecimiento: 12 de junio de 2023; Etiqueta del tubo: Dorothy (UWIM). 1 hembra, igual que los datos del patrón original excepto la fecha de recolección de moscas infectadas: 28 de mayo de 2023; Fecha de aparición de larvas (parásitos): 9 de junio de 2023; Fecha de aparición de adultos (avispa): 3 de julio de 2023; Fecha de fallecimiento: 8 de julio de 2023; Etiqueta de tubo: Betsy Poppin (UWIM). 1 hembra, igual que los datos del patrón original excepto la fecha de recolección de moscas infectadas: 13 de julio de 2023; Fecha de aparición de larvas (parásitos): 24 de julio de 2023; Fecha de aparición del insecto adulto (avispa): 18 de agosto de 2023; Fecha de fallecimiento: 22 de agosto de 2023; Etiqueta del tubo: Leeloo (UWIM). 1 hembra, igual que los datos del patrón original excepto la fecha de recolección de moscas infectadas: 14 de julio de 2023; Fecha de aparición de larvas (parásito): 23 de julio de 2023; Fecha de aparición del insecto adulto (avispa): 16 de agosto de 2023; Fecha de fallecimiento: 4 de septiembre de 2023; Etiqueta del tubo: Barbie (UWIM). 1 macho, igual que los datos del patrón original excepto la fecha de recolección de moscas infectadas: 13 de junio de 2023; Fecha de aparición de larvas (parásito): 22 de junio de 2023; Fecha de aparición del insecto adulto (avispa): 16 de julio de 2023; Fecha de fallecimiento: 25 de julio de 2023; Etiqueta del tubo: Javier Bardem (UWIM). 1 macho, igual que los datos del patrón original excepto la fecha de recolección de la mosca infectada: 14 de julio de 2023; Fecha de aparición de la larva (parásita): 24 de julio de 2023; Fecha de aparición de la mosca adulta (avispa): 16 de agosto de 2023; Fecha de fallecimiento: 29 de agosto de 2023 (reservado vivo); Etiqueta de tubo: Keith (UWIM). 1 mujer, Carolina del Norte, condado de Wake, Apex; GPS: 35.741349, -78.834234, Ubicación: Cebo de sandía en un barrio residencial; Coleccionista MJB; Fue criado a partir de un macho adulto afectado. D.Relacionado conFecha de recolección de moscas infectadas: 13 de junio de 2023; Fecha de aparición de larvas (parásitas): 22 de junio de 2023; Fecha de aparición de la mosca adulta (avispa): 18 de julio de 2023; Fecha de fallecimiento: 29 de julio de 2023; Etiqueta del tubo: Alice (UWIM). 1 macho, mismos datos que la hembra anterior excepto que no hay datos de recolección; Criado en el laboratorio de la madre (Alice); Anfitrión: Hembra adulta D.Relacionado conFecha de puesta de huevos: 21 de julio de 2023; Fecha de aparición del insecto adulto (avispa): 29 de julio de 2023; Fecha de muerte: 6 de septiembre de 2023 (conservada con vida); Nota: 13 flagelos; Etiqueta de tubo: macho descendiente de Alice (UWIM).

Descripción del patrón holográfico. Hembra, longitud del alerón delantero 1,98 mm, longitud del cuerpo 1,45 mm.

Los detalles del encabezado son los siguientes. Las antenas tienen 14 antenas (tallo, cuello y 12 flagelos) y los flagelos son pelos moderadamente hinchados (Figura 1). 4a Los datos ampliados están en la figura. 6c; Medidas y relaciones de antena en Discusión complementaria); Mandíbula larga y delgada, 3,3 veces más larga que el ancho de la base; La longitud del palpo del maxilar (248,1 µm) es 0,7 veces la altura de la cabeza (348,5 µm); La cara es lisa y brillante, moderadamente arrugada, con bigotes que emergen de distintos agujeros (datos ampliados, Fig. 1). 6c,d); La forma de la cara es un trapecio casi isósceles, más estrecho arriba, donde los ojos se juntan, más ancho a lo largo del borde inferior cerca de la aleta; El ancho más grande de la cara es 2,2 veces más ancho que la altura de la cara medialmente; La aleta es lisa (excepto por escasas cerdas y agujeros), ligeramente convexa, el margen inferior de la aleta es uniforme con los ojos bajos; Las cerdas son largas, especialmente en la parte ventral, siendo las cerdas más largas el doble que las cerdas faciales (Figura 1). 4a; Formato de datos extendido. 6c); La frente es lisa y moderadamente hinchada lateralmente, más lisa medialmente, sin surco mediano o carina, y algo aplanada por delante de la parte anterior del ojo; El flanco, la sien y la cresta son en su mayoría lisos y brillantes (especialmente en comparación con la frente y la cara), sólo unas pocas cerdas pequeñas esparcidas ventralmente en el flanco; Ojos pequeños, el ancho lateral del ojo es ligeramente mayor que el ancho del flagelo basal (F1); La forma del ojo es ovalada, más estrecha dorsalmente, más ancha ventralmente, ligeramente prominente anteriormente pero sin extenderse más allá de la cara; El ojo en vista lateral es 1,6 veces más largo que su ancho máximo; El ancho máximo del ojo es 1,1 veces el ancho del costado; Las sienes están paralelas detrás de los ojos; La longitud de las mejillas es igual al ancho basal de la mandíbula inferior; La carina occipital está bien desarrollada lateralmente, débil dorsomedialmente; La carina debajo del estoma no es visible.

El mesosoma se muestra en la figura. 4a,b. La depresión delante del antebrazo es estrecha; Antebrazo liso (incluida la zona cingulada anterior), liso; barba ausente; El disco del floema es ligeramente convexo, completamente liso y brillante (sin pelo); Muesca del antebrazo con tres troncos que se cruzan que definen dos grandes fosas inframediales; La parte superior es mayoritariamente lisa, excepto la parte inferior ligeramente ondulada; Anterior con troncos intermedios cortos (aproximadamente de igual longitud que los troncos intermedios de la base del antebrazo), inclinados gradualmente hacia atrás y una gran areola pentagonal, lateralmente con dientes dentados y acanalados; Los espiráculos anteriores son circulares, ligeramente más anchos que el ancho de los troncos que definen la areola pentagonal (Fig. 4b).

El alerón delantero se muestra en la figura. 4c. La longitud del petrostigma es 2,9 veces más larga que su ancho; La vena r es corta y emerge del petrostigma claramente después de la mitad; La vena 1-R1 es 1,14 veces más larga que el petrostigma; La vena RS es larga, ligeramente curvada y termina cerca de la punta del ala, 1,43 veces más larga que la longitud del petrostigma y 9,88 veces más larga que la longitud de la vena r; La longitud máxima de la celda marginal es 5 veces mayor que el ancho máximo; La vena que se cruza 1 cu-a es aproximadamente igual a la base de la vena 1-M; La membrana del ala es moderada y uniformemente densa en toda el ala, y las células basales y subbasales son tan densas como las demás.

Los detalles del alerón trasero son los siguientes. La vena 1-SC + R es tubular y esclerótica; La vena 1r-m no está separada de la vena 2-SC+R (Datos ampliados, Fig. 1). 6a,b).

Las piernas se muestran en la figura. 4a Los datos ampliados están en la figura. 6 un). El fémur posterior es 4,38 veces más largo que su ancho máximo; La tibia trasera es 11,25 veces más larga que su ancho máximo; Los huesos posteriores del carpo son 6,0 veces más largos que su ancho máximo; El fémur anterior es 3,33 veces más largo que su ancho máximo; El metatarso tiene una cresta corta en la parte ventral; Las garras metatarsianas son pequeñas, delgadas y fuertemente curvadas.

Los detalles del tumor son los siguientes. Primer terguito (T1) estrecho y delgado en su base, ensanchándose gradualmente hacia atrás, ancho de la base 0,2 veces la longitud de T1, ancho del ápice 0,65 veces la longitud de T1; El primer terguito es liso basal y apicalmente, medialmente con un ligero veteado y lateralmente con un margen débilmente arqueado, dando la apariencia de un borde distintivo que separa la superficie dorsal de T1 y sus lados laterales (Figura 1). 4a); El músculo posterior está ausente (Fig. 4a); La vaina ovárica es larga y delgada, ligeramente ensanchada en el ápice, ligeramente más estrecha en el medio, con largas setas esparcidas a lo largo de toda su longitud (Fig. 1). 4a), la porción visible de la vaina ovárica es 11,6 veces más larga que el ancho promedio (ver detalles sobre el contraste a continuación); El ovario (en modo estereotáxico) no es visible excepto en la punta y parece recto.

El color se muestra en (Figura). 4a,b Los datos ampliados están en la figura. 6). ocre oscuro; Antenas (excepto dos segmentos basales) de color marrón oscuro; La primera parte superior, la mitad apical del lóbulo temporal dorsalmente y la vaina ovárica son de color oscuro; La mitad apical de la tibia trasera y el tarso es ligeramente más oscura que el resto de las patas; Palpos, tégules, caderas y trocánter, la segunda y mitad anterior del tercer segmento del ovario de color blanco; Las venas son de color marrón amarillento, pero las venas C + SC + R y las venas r de las alas anteriores y las aletas pterigoideas son marrones; Membrana hipodérmica; Ambas válvulas ováricas son marrones, pero la válvula superior es ligeramente más oscura.

Los detalles de la variación son los siguientes. La antena tiene 12 o 13 flagelos. Con base en otro material recolectado en Mississippi (no incluido en la serie de especies), parece que la cantidad de flagelos puede estar relacionada con el tamaño y el sexo de la mosca huésped (Figura 1). 4). Las avispas que se desarrollan en moscas hospedadoras macho son ligeramente más pequeñas y las avispas que surgen de estas moscas tienen 12 flagelos (la mayoría de las series de especies muestran esta condición característica). Las avispas que se desarrollan a partir de moscas huésped hembras son un poco más grandes y las avispas resultantes tienen 13 flagelos.

La apariencia del ovario varía dependiendo del grado de prominencia del mismo en el momento de conservar la muestra. En el patrón estereotáxico, el ovario está en posición de reposo, aparece erguido, parcialmente retraído dentro del cuerpo y descansa dentro de los tegumentos ováricos, con la punta del ovario apenas visible. En otros especímenes, el ovario se extiende más allá del cuerpo, parece más grueso en la base, más delgado en el ápice y ligeramente curvado. En los ejemplares en los que el ovario está extendido, la parte inferior del esternón (último esternón) está curvada ventralmente y los tegumentos ováricos están plegados dorsalmente, quedando parcialmente ocultos en la base por la cresta del epitelio, pero extendiéndose bien dorsalmente por encima del epitelio dorsal. En los ejemplares en los que el ovario es visible y completamente extendido, el ovario es mucho más largo que la longitud de la tibia posterior.

distribución. Estados Unidos, Mississippi y Carolina del Norte. Los datos fueron recolectados de mayo a agosto. Sin embargo, los exámenes de conjuntos de datos de ADN globales realizados en este estudio indican una distribución más amplia en el este de EE. UU.

Diagnóstico diferencial. Centritus Perlemani sp. nov es un tipo pequeño que se diferencia de otros tipos conocidos Centritos La especie, en virtud de su pequeño tamaño (longitud corporal de aproximadamente 1,5 mm) y su uso en la edad adulta mosca de la fruta Moscas como anfitriones. La antena es más corta que la cabeza y el mesosoma combinados, y hay entre 12 y 13 flagelos. La antena a menudo tiene sólo 12 flagelos (el número más bajo registrado para cualquier insecto en América del Norte) Centritos Clasificar).

Una especie que se encuentra en América del Norte, S.Parlamentario Es más parecido a Centritus brevicornis Muesebeck, que también tiene un tamaño corporal pequeño y antenas cortas. De los dos tipos, S.Parlamentario Es el más pequeño, con una longitud corporal de aproximadamente 1,5 mm, frente a los 2,2 mm del S. brevicornis. Hasta donde sabemos, S.Parlamentario Tiene la longitud corporal más pequeña de todo lo conocido. Centritos Especies alrededor del mundo. Fémur posterior S.Parlamentario Más largo y más estrecho que S.cuerno corto (El fémur posterior es aproximadamente 4,4 veces más largo que su ancho). S.Parlamentarioen comparación con 4,0 veces más largo que el ancho en S.cuerno corto). El ovario es más largo. S.Parlamentario Siendo el ovario la longitud de la tibia posterior y los tres huesos del tarso posterior combinados, mientras que el ovario tiene aproximadamente la longitud de la tibia posterior en S.cuerno cortoLos patrones de color entre las dos especies son claramente diferentes, especialmente los de las hembras. Al estilo típico de S. Parlamentario La parte superior del pecho es de color marrón oscuro en el costado, contrastando con la parte media del pecho, que es de color amarillo o marrón amarillento claro. En el patrón estereoscópico del tórax, S.cuerno corto Este patrón se invierte, siendo el pecho lateralmente de color marrón amarillento claro y la sección media de color marrón oscuro. Para más detalles taxonómicos, ver Discusión complementaria.

Figura 4: Morfología S.Parlamentario.
Figura 4

Aestilo típico de lado. paraun prototipo de la holocinta. dovenas típicas de las alas anteriores. Barras de escala, 1 mm (A), 100 µm (para) y 400 µm (do).

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