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Existe una relación entre la expresión genética en el cerebro y el estado de emigración en las mariposas monarca.

La mariposa monarca (Danaus plexippus) es una de las mariposas más famosas en Norteamérica, pero también se la puede encontrar en Australia, Nueva Zelanda. Madeira, islas Canarias y las Azores. Ocasionalmente tambien puede ser vista en Europa occidental. Se la reconoce fácilmente por su vibrante color naranja y sus rayas negras.
Estas mariposas son famosas porque algunas de sus poblaciones realizan una de las emigraciones masivas más fascinantes del mundo animal y prácticamente única entre los insectos terrestres. En Norteamérica empiezan a emigrar hacia el sur desde agosto y hasta las primeras heladas. La población de las montañas Rocosas viaja hasta México y la población del Oeste hasta las reservas de California, especialmente en Santa Cruz y Pacific Grove. Algunas de ellas viajan 4000 kilómetros de distancia hasta sus refugios invernales.
La longitud de este viaje implica que el tiempo para realizarlo excede la vida media de las mariposas, que es menor a los dos meses para una mariposa nacida al principio del verano. Pero gracias a una deficiencia hormonal la última generación del verano puede vivir durante siete meses. Esta escasez de hormona JH que prolonga sus vidas hace que también tengan órganos sexuales inmaduros y se muestren poco interesadas en el sexo, por lo que entran en una fase no reproductiva. Esto impide que tengan relaciones sexuales y pongan huevos en su emigración hacia el sur.
Durante este tiempo de otoño las mariposas vuelan hasta sus múltiples lugares de descanso invernal. En estos sitios miles o millones de mariposas se arraciman pasivamente en las ramas de los árboles, proporcionando un espectáculo sin igual a aquel que tiene la oportunidad de contemplarlo. El número de mariposas puede competir con el número de hojas de los árboles anfitriones. Cuando son perturbadas revolotean alrededor de uno y dotan al ambiente de una atmósfera onírica.

Racimo de mariposas monarca colgando de la rama de un árbol en Santa Cruz (California). Foto: webmink vía flickr.

Algo así sería un festín para multitud de depredadores como los pájaros, pero las mariposas cuentan con una defensa: son venenosas o desagradables para los pájaros. En su etapa de oruga van almacenando en sus cuerpos las toxinas contenidas en la sabia de las plantas de las que se alimentan. La mariposa anuncia su toxicidad con esos brillantes colores para no ser comidas por error. Los pájaros hambrientos que se atreven a comer algún ejemplar pronto dejan de hacerlo.
La generación en su retiro invernal no se reproduce hasta que deja el lugar en febrero o marzo, momento en el que comienza su emigración hacia el norte. En el viaje de vuelta se van reproduciendo por el camino. Son la segunda, tercera y cuarta generación las que regresan a sus lugares de destino del norte, situados en EEUU y Canadá. Esta mariposa es incluso capaz de realizar migraciones transatlánticas.
¿Cómo diablos se las apaña esta especie para volver a su lugar de origen en el trascurso de varias generaciones? Se cree que el patrón de vuelo se hereda y que éste está basado en una combinación de ciclo circadiano y la posición del sol en el cielo, que les serviría de brújula.
Steven Reppert y su equipo de University of Massachusetts Medical School han realizado análisis de comportamiento y genéticos sobre mariposas monarca de verano y en proceso de emigración.
Los datos obtenidos proporcionan la primera prueba de una relación entre la expresión genética en el cerebro y el estado de emigración del animal. Además arrojan luz sobre los patrones genéticos que subyacen bajo el sistema de “brújula solar”, un complejo proceso que integra información espacial y temporal.
¿Tiene algo que ver la hormona JH con la navegación durante la emigración hacia el sur? Usando un potente análogo a la hormona JH, estos investigadores demuestran ahora que aumentar la actividad hormonal para inducir la reproducción habitual del verano en mariposas en migración otoñal no altera el comportamiento de su vuelo, su dirección o a su “brújula solar”. Por el contrario, las mariposas de verano fracasan uniformemente en direccionalidad y orientación del vuelo. Por tanto, la navegación en el vuelo es independiente de la actividad de la hormona JH. Para obtener estos resultados se valieron de la utilización de un simulador de vuelo en el que introducían a estos lepidópteros.
A diferencia de las mariposas no migratorias de verano, las de otoño mostraron diferencias significativas en los patrones de actividad de 40 genes no relacionados con JH, por lo que el cambio estacional en la función genómica ayuda a definir el estado migratorio.
Para definir esta correlación entre genética y el estado de comportamiento, los investigadores emplearon un sistema de análisis por microarrays que contaban con 9417 secuencias de ADN únicas. Los perfiles de expresión genética revelan que 40 genes que se expresan en el cerebro de las mariposas se correlacionan con el comportamiento de los individuos a la hora de controlar el vuelo, y separa a escala molecular a las mariposas emigrantes de otoño de las mariposas de verano. Además, esto es independiente de la actividad de la hormona JH en cuestión.
Adicionalmente los investigadores encontraron otros 23 genes que se expresan en el cerebro y que están relacionados con la hormona JH. La expresión de estos genes separa a las monarcas reproductivas de las no reproductivas. Vieron además que los genes que están relacionados con la longevidad, el metabolismo de los ácidos grasos y la inmunidad innata están retrorregulados positivamente en las mariposas emigrantes no reproductivas.
Estos resultados relacionan por tanto el comportamiento migratorio de las monarcas con la expresión de ciertos genes en sus cerebros y muestran que el cambio estacional en la función genética ayuda a definir el estado migratorio.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Resuemn del artículo.
Artículo original en pdf.
Nota de prensa sobre un resultado anterior.
Foto cabecera por Creativity + Timothy K Hamilton, vía Flickr.