Así se genera el ala que permite a las moscas mantener el equilibrio en el aire

Un equipo del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche, ha desvelado cómo se forma el halterio, una estructura fundamental para el vuelo de las moscas.

Este pequeño órgano, situado detrás de las alas principales, actúa como un giroscopio biológico, que ayuda al insecto a estabilizarse en el aire. El estudio ha sido publicado en la revista Current Biology.

La investigación ha sido liderada por José Carlos Pastor Pareja, director del Laboratorio de Arquitectura Celular y Tisular en el Sistema Nervioso del Instituto de Neurociencias, y ha demostrado que, al contrario de lo que se pensaba, el halterio no es una estructura hueca, sino que sus dos superficies están conectadas internamente a través de un sofisticado sistema celular que estabiliza su forma redondeada.

Según explica Pastor Pareja, “esta estructura es un sistema de estabilización que recuerda a los soportes arquitectónicos: sin estas conexiones internas, el halterio se alarga y pierde su forma, igual que una carpa sin tensores”.

Durante el proceso que se conoce como metamorfosis de la mosca, el paso de larva a adulto, las alas y los halterios se desarrollan a partir de una fina capa de células.

En el caso del halterio, el equipo ha descubierto que primero se degrada una matriz extracelular rica en colágeno que separa sus dos caras. Esta degradación permite que se formen proyecciones celulares que conectan ambas superficies a través de una matriz con otra proteína, la laminina, formando una especie de armazón interno.

Estas conexiones actúan como tensores biológicos, que permiten resistir las fuerzas que de otro modo deformarían el órgano. Cuando este sistema falla, como ocurre en los modelos de mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) modificados genéticamente por el equipo, el halterio pierde su forma redondeada, clave para su función.

El halterio está sometido a una tensión constante: una fuerza que tira de su base y otra que lo ancla a la cutícula externa del insecto

Además, el estudio revela que el halterio está sometido a una tensión constante: una fuerza que tira de su base y otra que lo ancla a la cutícula externa del insecto. Es precisamente este sistema interno de tensores el que equilibra ambas fuerzas para mantener su geometría.

.

Microscopía electrónica y grabaciones

Para observar estos efectos, el equipo utilizó técnicas avanzadas de microscopía electrónica y grabaciones en vivo durante la metamorfosis de la mosca. “Hemos visto que se producen una serie de proyecciones celulares que estabilizan la forma redondeada del halterio al contrarrestar fuerzas que de otro modo lo deformarían”, indica Pastor Pareja. Y añade el investigador, “cuando eliminamos esta estructura de soporte en modelos mutantes, el órgano pierde su geometría funcional”.

El uso de modelos mutantes y el análisis de la matriz extracelular han sido claves para desentrañar este mecanismo, que combina degradación de colágeno, adhesión celular y tensores internos que refuerzan la estructura desde dentro.

El uso de modelos mutantes y el análisis de la matriz extracelular han sido claves para desentrañar este mecanismo

Los resultados de este trabajo van más allá del caso particular de la mosca de la fruta, ya que aportan ideas generales sobre cómo los órganos adquieren su forma en los animales, una cuestión fundamental en biología del desarrollo. Además, pueden inspirar nuevas formas de abordar cuestiones como la ingeniería de tejidos o el diseño de estructuras biomiméticas.

El estudio se ha llevado a cabo en colaboración con los científicos Yuzhao Song y Tianhui Sun, de la Universidad de Tsinghua (China); los investigadores Paloma Martín y Ernesto Sánchez Herrero, del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBMSO, CSIC-UAM); y Jorge Fernández Herrero, de la Universidad de Alicante.

Además, ha contado con la financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, el Programa para Centros de Excelencia Severo Ochoa del Instituto de Neurociencias (CSIC-UMH), la Fundación Ramón Areces y la Fundación Nacional de Ciencia de China.

Referencia:

Pastor-Pareja, J.C.  Mechanical coupling between dorsal and ventral surfaces shapes the Drosophila haltere. Current Biology.