Investiga, que no es poco

El GPS de las aves, ¿misterio resuelto?

Uno de los grandes misterios de la naturaleza podría estar, al fin, realmente cerca de ser resuelto: dos estudios recientes sobre los mecanismos que permiten a las aves orientarse durante sus migraciones han llegado a la misma conclusión. La clave parece ser una proteína que las aves contienen en sus ojos, la cual les permite “observar” el campo magnético terrestre. Décadas después de que el compositor francés de música electrónica Jean Michel Jarre interpretara cómo suenan los campos magnéticos en su álbum de 1.981 “Magnetic fields”, ahora las aves nos muestran cómo “ver” esos campos magnéticos. Los estudios en cuestión han sido publicados en las revistas Journal of the Royal Society Interface y Current Biology. El primero de ellos (estudio) lo realizó un grupo de investigadores de la Universidad de Lund (Suecia), y tiene como protagonista a una especie de pajarillo originario de Australasia, cuyo nombre en castellano es diamante cebra (foto 1).

Foto 1: Diamante cebra (Taenopygia guttata), por Luis Miguel Bugallo Sánchez en wikimedia commons.

El segundo de ellos (estudio), se ha centrado en el petirrojo europeo (foto 2) y ha sido desarrollado por investigadores de la Universidad Carl von Ossietzky (Oldenburg, Alemania). La proteína en cuestión ha sido llamada Cry4 y pertenece al grupo de los criptocromos, los cuales constituyen un grupo de fotorreceptores sensibles a la luz azul que están presentes tanto en plantas como en animales. Estas proteínas juegan un papel muy importante en la regulación de los ritmos circadianos (ciclos de 24 horas), sobre los cuales os hemos hablado recientemente en varias entradas del número especial dedicado a cronobiología (ejemplo 1; ejemplo 2; ejemplo 3). Durante los últimos años, han ido acumulándose evidencias de que los criptocromos que las aves contienen en sus ojos están relacionados con su capacidad para orientarse. Estas proteínas especiales les permiten detectar los campos magnéticos a través de un sentido conocido como “magnetorrecepción”. Todos estos hallazgos vienen acompañados de otro dato muy relevante: se ha demostrado que las aves son capaces de detectar los campos magnéticos únicamente en presencia de radiación con un rango de longitud de onda muy concreto, que coincide con el de la luz azul. Es decir, se trata de un mecanismo visual. Para profundizar en el papel de los criptocromos, el equipo sueco midió la expresión génica de 3 de estas proteínas (Cry1, Cry2 y Cr4) en cerebro, músculos y ojos de los diamantes cebra. La hipótesis era que aquellos criptocromos asociados con la magnetorrecepción deberían mostrar patrones independientes del ciclo circadiano, manteniendo unos niveles constantes durante las 24 horas. Así, detectaron que, tal y como se espera para genes con relojes circadianos, Cry1 y Cr2 fluctuaron diariamente. En cambio, Cry4 mostró niveles constantes durante las 24 horas del día, convirtiéndose, por tanto, en el candidato más probable para albergar la capacidad de magnetorrecepción. Este hallazgo ha sido corroborado también por el equipo alemán, cuyo estudio sobre los petirrojos arroja resultados similares. Concretamente, han observado que Cry1a, Cry1b y Cry2 muestran patrones altamente sincronizados con el ritmo circadiano, mientras que en Cry4 este patrón es mucho más débil.

Foto 2: Petirrojo europeo (Erithacus rubecula), por Pierre Selim en wikimedia commons.

Además, estos investigadores han podido comprobar que Cry4 está concentrado en una región de la retina que recibe mucha luz, lo cual tiene bastante sentido, ya que la magnetorrecepción, como hemos indicado anteriormente, depende de la luz. Por último, en este trabajo también han podido comprobar que los niveles de expresión de Cry4 son más altos en los adultos de petirrojo durante la época en que realizan sus movimientos migratorios, en comparación con los jóvenes del año que todavía no han abandonado el lugar donde nacieron. No obstante, a pesar de todas estas evidencias, los investigadores sugieren ser cautos y continuar profundizando en esta línea para poder afirmar con un 100% de seguridad que Cry4 es la proteína responsable de la magnetorrecepción. Todas estas investigaciones nos permiten intuir qué es lo que ve realmente un ave y, aunque nunca conseguiremos saber la apariencia que tiene el mundo a través de los ojos de otra especie, podemos hacernos una idea bastante aproximada. En esta línea viene trabajando desde hace varios años el grupo de biofísica computacional y teórica de la Universidad de Illinois (EEUU) en Urbana-Champaign, cuyos investigadores ya predijeron la magnetorreceptividad de los criptocromos allá por 1.978. El desarrollo de este concepto llevó a los investigadores a superponer, en un estudio posterior, un filtro de campo magnético sobre el campo visual de las aves (figura 1), de manera que podemos intuir la forma en que las aves ven los campos magnéticos que les permiten orientarse durante sus movimientos migratorios.

Imagen 1: vista panorámica de Frankfurt y perspectiva de un ave que vuela a 200 m de altura, con los puntos cardinales indicados y un filtro de campo magnético superpuesto. Imagen cedida por Ilia A. Solov’yov, publicada en Solov’yov et al. 2010.

Artículos completos:

Pinzon-Rodriguez A, Bensch S & Muheim R (2108) Expression patterns of cryptochrome genes in avian retina suggest involvement of Cry4 in light-dependent magnetoreception. Journal of the Royal Society Interface, 15: 20180058. doi: 10.1098/rsif.2018.0058.

Günther A, Einwich A, Sjulstok E, Feederle R, Bolte P, Koch K-W, Solov’yov IA & Mouritsen H (2018) Double-cone localization and seasonal expression pattern suggest a role in magnetoreception for european robin cryptochrome 4. Current Biology, 28: 211-223. doi: 10.1016/j.cub.2017.12.003.

Solov’yov IA, Mouritsen H & Schulten K (2010) Acuity of a Cryptochrome and vision-based magnetoreception system in birds. Biophysical Journal, 99: 40-49. doi: 10.1016/j.bpj.2010.03.053.