Como dice el dr. Como estudiante, quería comprender la evolución de las diferencias individuales en el comportamiento de las moscas de la fruta: los componentes básicos de la personalidad. Mis experimentos consistieron en medir el desempeño de mis pequeños sujetos en un laberinto.
Así que comenzó cada día en el laboratorio usando un cepillo fino para recoger una sola mosca de la fruta anestesiada y transferirla a un simple laberinto. Después de que ella despertara y explorara el laberinto, devolvería la mosca (teniendo cuidado de no dejarla escapar en tránsito) al tubo donde podría comer y socializar mientras yo decidía su destino.
Mis colegas de laboratorio y yo repetimos el proceso una y otra vez, y finalmente medimos el comportamiento de 900 moscas individuales por día.
En cada una de estas jaulas viven hasta 1.500 moscas para la población de Drosophila. Las botellas interiores contienen un medio alimenticio que comen y en el que ponen sus huevos. Los investigadores pueden estirarse hacia un lado para sacar moscas de la fruta. Shraddha Lall
Escuché innumerables podcasts y audiolibros durante muchos días moviendo muchas moscas a mano y rastreando sus identidades individuales, pero no fue así como planeé originalmente este experimento. Me entusiasmaba trabajar con MAPLE, el robot de mi laboratorio, para automatizar el primer y el último paso del proceso. MAPLE atrapaba moscas individuales, las transfería de manera segura a sus pequeños laberintos y regresaba después de que yo midiera su comportamiento.
Llevo meses intentando modificar el código de MAPLE. Finalmente logré que funcionara sin problemas y luego, en el primer día de mi experimento de 500 días, MAPLE no funcionó.
MAPLE está trabajando duro en movimiento volando hacia I-laberintos.
Después de un poco de pánico y de respirar profundamente, decidí ir sin la ayuda del robot. La negativa de MAPLE a cooperar fue el primero de muchos obstáculos que enfrenté mientras continuaba mi experimento durante el siguiente año y medio. Durante este tiempo, aprendí mucho sobre los componentes básicos de la personalidad, así como sobre los desafíos de la investigación científica y cómo superarlos.
Los animales tienen personalidad.
Como biólogo evolutivo que estudia el comportamiento animal, me fascina que no haya dos personas exactamente iguales. Piensa en los amigos animales de tu vida: los gatos y los perros tienen personalidades e idiosincrasias únicas, ya sea por un determinado alimento que odian o por una forma particular en la que les gusta tomar una siesta.
Todos los animales –desde el gusano más pequeño hasta la ballena más grande– tienen personalidades: preferencias de comportamiento individuales que permanecen más o menos estables a lo largo de sus vidas. En Drosophila melanogaster, la mosca de la fruta con la que he trabajado, la individualidad es evidente en comportamientos binarios simples. Las moscas individuales prefieren girar hacia la izquierda o hacia la derecha, eligen ambientes cálidos o fríos, prefieren áreas muy iluminadas o con sombra, y muchas otras idiosincrasias.
Tanto la naturaleza como la crianza afectan la personalidad de un animal. El entorno durante el desarrollo puede desempeñar un papel clave en algunos casos. En otros, los genes heredados de los padres pueden influir en las preferencias. En determinadas poblaciones de moscas de la fruta, por ejemplo, los padres que prefieren temperaturas altas aumentan las posibilidades de que la descendencia prefiera temperaturas altas.
Todos los animales, incluidas las moscas de la fruta, tienen preferencias individuales que son parte integral de su personalidad. vasekk/iStock vía Getty Images Plus
También es posible que los genes influyan en la diferenciación de los individuos entre sí. Por ejemplo, ciertas combinaciones de genes pueden hacer que las moscas de la fruta individuales tengan preferencias de temperatura muy diferentes: algunas prefieren temperaturas más frías y otras más cálidas. Estos genes determinan qué tan amplio es el rango de temperatura en función de las preferencias del individuo.
Los científicos han encontrado genes que influyen en la variación de rasgos en muchos animales y plantas, por lo que parece que la evolución los ha conservado por una razón. Pero, ¿para qué sirve un gen que diferencia a los individuos de un grupo entre sí?
Los beneficios de la variación
Una teoría evolutiva llamada cobertura de apuestas sugiere que en un entorno impredecible, poseer opciones puede ser menos riesgoso. Cuando las condiciones varían, no existe un comportamiento único que mejor se adapte al entorno. Los genes que afectan la variabilidad pueden ser adaptativos en esta situación.
Tomemos la temperatura, por ejemplo.
Imagine que un organismo puede tener un gen para la variabilidad de temperaturas bajas, al que llamaré lov-var, o un gen para la variabilidad de temperaturas altas, high-var. Los animales con un gen var bajo tienen preferencias de temperatura similares y todos pueden sobrevivir y reproducirse cuando el ambiente tiene temperaturas promedio estables. Comparativamente, los animales de alto calibre tienen preferencias de temperatura muy diferentes entre sí.
Cuando el ambiente tiene temperaturas promedio estables, la preferencia de algunos animales con el gen var alto puede ser buena para las condiciones. Podrán reproducirse, pero es posible que muchos otros individuos de alta variedad no.
Sin embargo, si las temperaturas fluctúan de manera impredecible, por debajo o por encima del promedio, todos los animales de baja variedad quedarán incapacitados y no podrán transmitir sus genes. Una población con var baja desaparecería por completo.
En un grupo de var alto, no importa cómo fluctúe el entorno, habrá individuos cuyas preferencias de temperatura particulares les permitan sobrevivir, reproducirse y transmitir el gen de var alto.
La teoría de la cobertura de apuestas explica cómo la variabilidad que aumenta un gen puede ser beneficiosa cuando el entorno fluctúa. En la primera generación, las moscas de baja y alta variabilidad están bien adaptadas al ambiente cálido. En la segunda generación, el ambiente es frío y las crías de baja variabilidad no son adecuadas para las condiciones, mientras que al menos una mosca de la línea de alta variabilidad sí lo es. Shraddha Lall
La competencia que subyace a la evolución es una lucha en la que los genes ganan y son capaces de persistir en el tiempo. En ambientes fluctuantes, un gen que hace que los individuos sean variables en un rasgo particular, como la preferencia de temperatura, tiene más posibilidades de persistir a largo plazo. Por lo tanto, las poblaciones con estos genes de cobertura de apuestas pueden tener más posibilidades de sobrevivir en entornos impredecibles.
¿Cómo podría la evolución dar forma a esta variación y qué tipos de genes están involucrados? Para responder a esta pregunta, recurrí a la selección artificial. Este proceso es similar a cómo los humanos han domesticado plantas y animales durante milenios. Un experimentador selecciona individuos de una población en busca de un rasgo de interés, y solo aquellos que alcanzan un cierto umbral pueden reproducirse para crear la siguiente generación. En lugar de que la naturaleza decida quién sobrevivirá, el investigador elige.
La variabilidad en el comportamiento corresponde a la evolución.
Para desarrollar una alta variabilidad, elegí un comportamiento simple: invertir el sesgo. Cuando se les da la opción de girar a la izquierda o a la derecha en un I-laberinto, algunas moscas casi siempre eligen la izquierda, otras casi siempre eligen la derecha y otras a veces eligen la izquierda y otras la derecha. Estas tendencias permanecen estables a lo largo de su vida y su origen genético juega un papel en determinarlo.
¿Hacia dónde irá la mosca de la fruta, hacia la izquierda o hacia la derecha? Shraddha Lall
Aunque un sesgo particular de giro no se hereda (una madre que gira a la izquierda y un padre que gira a la izquierda no necesariamente producen bebés que giran a la izquierda), la variabilidad puede, a su vez, estar influenciada por los genes. Este potencial de variabilidad puede considerarse como la “personalidad” de la mosca, ya sea una fuerte preferencia por una dirección o un enfoque más flexible.
Durante 21 generaciones utilicé vídeo y un tipo de inteligencia artificial llamada visión por computadora para rastrear miles de moscas. Me centré en los hermanos que compartían madre. Si un grupo de hermanos tomó decisiones de desviación muy similares, probablemente tenían genes de baja variabilidad. Si un grupo de hermanos estaba mezclado en términos de su inclinación a girar hacia la izquierda o hacia la derecha, es probable que su linaje tuviera un gen de alta variabilidad.
El siguiente paso fue la selección artificial. Elegiría las familias con mayor probabilidad de tener genes de alta variabilidad para aparearse y producir la próxima generación.
La visión por computadora puede rastrear moscas individuales en un laberinto y registrar sus movimientos.
Al final de mi experimento, había desarrollado poblaciones con niveles muy altos de variabilidad de deflexión. Mis resultados mostraron que la variabilidad en los rasgos y una mayor individualidad en el comportamiento pueden evolucionar en respuesta a la selección, definitivamente en el laboratorio y potencialmente en la naturaleza.
Ahora estoy trabajando para descubrir qué pasó con sus genes a medida que las moscas evolucionaron y cómo cambiaron sus cuerpos y cerebros cuando los obligué a seguir este camino evolutivo.
Creando un mundo dominado por la protección de apuestas
Ahora sabía que podría evolucionar una mayor individualidad en el comportamiento. Es decir, las moscas pueden desarrollar diferentes personalidades impulsadas por la selección. ¿Podría recrear en el laboratorio las condiciones ambientales que conducirían a esta evolución en la naturaleza?
Las moscas de la fruta son ectotermas, lo que significa que necesitan obtener calor de fuentes externas. Sus preferencias de temperatura garantizan que encuentren el entorno adecuado para vivir y poner sus huevos. En un mundo con una temperatura cada vez más impredecible, las estrategias de cobertura pueden evolucionar a medida que los animales se adaptan.
Basándome en la teoría de la cobertura de apuestas, planteé la hipótesis de que la evolución en un entorno térmico impredecible en el laboratorio, con temperaturas que varían entre generaciones, conduciría a la evolución de una mayor variabilidad en las preferencias de temperatura.
Con esto en mente, un compañero de laboratorio y yo nos propusimos construir casas para moscas donde pudiéramos controlar las temperaturas de diferentes áreas y cambiarlas con el tiempo. Desafortunadamente, el tiempo y la logística detuvieron este experimento y ahora está almacenado. Espero continuar con este trabajo algún día.
Mis experimentos con moscas me enseñaron mucho sobre cómo se desarrolla el comportamiento animal y también sobre el proceso de investigación. Había dos constantes: primero, a veces las cosas no funcionan y eso está bien. Y en segundo lugar, independientemente de los desafíos (incluidos robots averiados, largas jornadas y experimentos en pausa), quiero seguir explorando cómo la evolución puede moldear la personalidad a medida que los animales se adaptan a entornos cambiantes.
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