Sorpresas en la evolución de los cerebros de pez

De cada dos vertebrados vivos en la Tierra, uno es un pez. Y de los peces, el 95% son actinopterigios, como por ejemplo el salmón, el atún y la trucha. Los peces actinopterigios comprenden aproximadamente 35000 especies y prosperan en entornos que van desde fosas oceánicas profundas hasta ríos alpinos del Himalaya, llanuras aluviales amazónicas y estanques de oasis en desiertos. Sin embargo, a pesar de su abundancia, se sabe poco sobre la diversidad de sus cerebros.

“¿Cómo podemos pretender saber cómo funciona la evolución, y especialmente la evolución cerebral, si no sabemos casi nada sobre la mitad de los vertebrados?”, plantea Rodrigo Figueroa, de la Universidad Harvard en Estados Unidos.

Un nuevo estudio, firmado por él y por Stephanie Pierce, de la misma universidad, ha comenzado a cambiar esa situación.

Para el estudio se utilizó una técnica especial de tomografía computerizada para observar el interior de las cabezas de individuos de 87 especies de peces actinopterigios, pertenecientes a más de 70 familias, a fin de cartografiar sus estructuras internas de manera tridimensional y detalladamente.

Algunos de los especímenes usados en la investigación, con el nombre de la especie de cada uno indicado. (Imagen: Rodrigo Figueroa)

El análisis de estos escaneos reveló un sorprendente panorama neurológico donde el tamaño y la forma del cerebro pueden llegar a diferir mucho de lo sugerido por sus respectivos moldes endocraneales. Un molde endocraneal es el molde de la cavidad craneal interna.

El hallazgo más llamativo fue la gran diferencia entre especies en cuanto a la proporción entre el tamaño del cerebro y el del molde endocraneal. En la mayoría de los vertebrados, como los reptiles y los mamíferos, el cerebro llena la cavidad craneal de forma ajustada, lo que permite deducir con bastante fidelidad el tamaño y la forma del cerebro a partir de los de la cavidad craneal, y así, un molde endocraneal sirve a menudo de molde básico del cerebro. Sin embargo, en los peces actinopterigios, esta regla no se cumple. Para empezar, la mayoría de los cerebros ocupan solo entre el 40 y el 50 por ciento del volumen interno de la cavidad craneal, e incluso algunos cerebros ocupan menos del 5% de ese espacio intracraneal.

Cuando se escanea el cráneo de un mamífero mediante tomografía computerizada y se confecciona una réplica de su cerebro mediante la estrategia de rellenar el espacio vacío dentro del molde, se obtiene una réplica cuya forma es muy similar a la del cerebro verdadero. Pero con los peces actinopterigios queda ahora muy claro que esta estrategia no es fiable en absoluto.

Los factores ambientales parecen impulsar esta variabilidad tan grande. El análisis estadístico vincula la proporción con la profundidad bajo el agua: los peces de aguas profundas tienden a poseer cerebros más pequeños en relación con el tamaño del cráneo. El espacio sobrante no se desperdicia; contiene líquido cefalorraquídeo, vasos sanguíneos y, en algunos casos, órganos especializados que gestionan la producción de sangre y la respuesta inmunitaria, de forma similar a lo que hacen el bazo y la médula ósea en los humanos.

Muchos factores pueden explicar por qué resulta beneficioso en tales animales tener un cerebro pequeño y una cabeza grande. Tal como argumenta Figueroa, el tejido meníngeo que rodea a un cerebro pequeño actúa como un amortiguador protector que emplea ese espacio a su alrededor para protegerlo de impactos o de variaciones de presión excesivas.

En el estudio también se rastreó cómo, dentro de cada especie, cambia el tamaño del cerebro con la edad del individuo. En algunas especies, el cerebro pasa de ocupar casi la totalidad del cráneo en las crías a entre un 20 y un 30 por ciento en los adultos maduros. Esta tendencia en el crecimiento diferenciado es leve en humanos y aves, pero extrema en ciertos linajes de peces. En el celacanto, un famoso fósil viviente, el cerebro ocupa casi toda la cavidad craneal en la juventud antes de reducirse a un sorprendente 4% en la edad adulta.

Durante décadas, se ha venido creyendo que la forma del molde endocraneal de un cráneo fósil refleja directamente la morfología cerebral del espécimen, y si bien esta suposición es bastante acertada para la mayoría de los vertebrados, no lo es para los peces.

El estudio se titula “The ray-finned fish blackbox: unprecedented morphological diversity and the interplay between brain and endocast”. Y se ha publicado en la revista académica Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences. (Fuente: NCYT de Amazings)