Julio Loras Zaera

fortanete

Profesor Francho de Fortanete A la luz de la ciencia. Biología y asuntos humanos

La ameba de Pavlov

Ante la frase “el perro de Pavlov”, vendrían a la mente de la mayoría de nosotros los famosos experimentos y estudios del ilustre fisiólogo y psicólogo ruso en que conseguía que un perro no solo salivara, sino que también secretara jugo gástrico cuando Pavlov hacía sonar una campana. Ivan Pavlov no solo experimentó con perros, sino tambien con otros animales y no solo los estimuló con campanas, sino que utilizó también otros estímulos. En los experimentos más conocidos, empezaba haciendo sonar una campana antes de dar comida a un perro al que había hecho una fístula en el estómago, repitiendo la operación varios días. Después hacía sonar la campana, pero sin dar comida al perro y el perro producía jugo gástrico que salía por la fístula, de manera que Pavlov podía constatarlo. Llamó a este aprendizaje aprendizaje por condicionamiento, al estímulo natural (la comida) estímulo incondicionado y al sonido de la campana estímulo condicionado. Fue un descubrimiento que inauguró la fisiología del aprendizaje y que proporcionó nuevo conocimiento sobre el funcionamiento del sistema nervioso. Pavlov recibió el premio Nobel en 1904 y, pese a no ser comunista, tuvo influencia en la pedagogía soviética de los primeros años post-revolucionarios. Si alguien desea enterarse en detalle de los experimentos y del pensamiento de Pavlov, le sugiero que lea su libro Reflejos condicionados e inhibiciones, un clásico de la literatura científica. Se puede conseguir en diversas plataformas y librerías de venta online.

Posteriormente se ha hecho mucha experimentación con otros animales vertebrados e invertebrados, hallando que es una forma generalizada de aprendizaje de los animales. También se han encontrado otros tipos de aprendizaje condicionado más complejos que el que descubrió Pavlov. Y hay experimentos involuntarios (o tal vez no tan involuntarios) con humanos que revelan que también aprendemos por condicionamiento. Por ejemplo, conocí a un hombre que estuvo preso al acabar la guerra civil española. En la cárcel donde estaba, de cuando en cuando, se sacaban algunos presos al azar y se les fusilaba. Antes de la saca, sonaba por los altavoces el pasodoble “España cañí”. Pues bien, a este hombre, años después, se le erizaba el pelo cuando oía ese pasodoble. Por suerte para él, los reflejos condicionados tienen fecha de caducidad y si no se vuelven a asociar los estímulos condicionado e incondicionado de cuando en cuando, el reflejo desaparece, y con el tiempo ese hombre dejó de tener esa reacción.

Pavlov y otros teorizaron que había una memoria asociativa que, después de integrar ambos estímulos, siempre que el condicionado se produjera en proximidad temporal del incondicionado, hacía que en lo sucesivo el estímulo condicionado produjera la conducta en ausencia del incondicionado.

Se han hecho multitud de experimentos y estudios sobre este y otros tipos de aprendizaje por condicionamiento en animales e incluso este tipo de aprendizaje se emplea como herramienta en experimentos referentes a otras cuestiones, pero nunca se había hecho ninguno con organismos unicelulares, tal vez porque se concebían como organismos con una conducta anodina, reducida a respuestas automáticas simples a estímulos muy sencillos y no se creía que tuviesen capacidad de aprendizaje. Esto ha cambiado con el trabajo de Ildefonso M. de la Fuente y doce investigadores más que publicó Nature Communications el 15 de agosto pasado. Estos investigadores realizaron una elegante serie de experimentos con amebas que probaron que estos organismos unicelulares tienen memoria asociativa y aprenden gracias a ella.

Los experimentos se hicieron con la especie Amoeba proteus y los resultados se replicaron con otra ameba emparentada, Metamoeba leningradensis. Estas amebas presentan dos tipos de tactismos, es decir de respuestas de desplazamiento, respondiendo a campos eléctricos de corriente continua (se dirigen hacia el cátodo) y a gradientes de un péptido producido por bacterias, nFMLP, desplazándose hacia la zona de mayor concentración del péptido.

Previamente a los experimentos propiamente dichos, los investigadores observaron el comportamiento de las amebas en ausencia de estímulos. En estas condiciones, los desplazamientos de las amebas no se producían en ninguna dirección consistente, en lo que parecía una exploración al azar del medio.

Luego introdujeron en el medio un campo eléctrico. Las amebas se desplazaron consistentemente en dirección al cátodo, con pocos movimientos que cambiaran la polaridad de las amebas respecto a esa dirección.

A continuación, sometieron las amebas a un gradiente de concentración del péptido nFMLP, observando que la mayoría se desplazaban en el sentido de la mayor concentración del péptido. Pero la forma de desplazarse era diferente: la dirección de los desplazamientos era la resultante de una serie de movimientos estocásticos.

La forma de producir el condicionamiento consistió en someter las amebas simultáneamente a un campo eléctrico y a un gradiente del péptido, de manera que la solución del péptido estaba en el lado del ánodo. Aproximadamente la mitad de las amebas migraron hacia el cátodo, que es la respuesta habitual al campo eléctrico. Casi la otra mitad migraron hacia el ánodo, donde se encontraba la mayor concentración de nFMLP. Y unas pocas, tres, no migraron en ninguna dirección, quedándose pegadas al sustrato. Se consideró que estas tres no habían resultado condicionadas y que habían resultado incapaces de “decidirse” por uno u otro tactismo. Se comprobó que las amebas que habían migrado hacia el cátodo no habían resultado condicionadas mediante un control.

Las amebas que se habían desplazado hacia el ánodo-péptido fueron sometidas a un ensayo de condicionamiento sometiéndolas a un campo eléctrico. Todas se desplazaron hacia el ánodo, en contra de lo que se esperaría del tactismo eléctrico. Es decir, habían aprendido a buscar el alimento cuando eran sometidas a un campo eléctrico y a desplazarse para ello en contra del sentido esperado por la galvanotaxis en condiciones habituales.

Se estudió si esta conducta nueva, aprendida, se mantenía. Una parte de las amebas la perdió en entre 45 y 90 minutos después. Para el resto, el ensayo fue demasiado corto y no se determinó el tiempo de persistencia de la conducta.

Para mí, estos experimentos tienen tanto valor como los de Pavlov, en la medida que prueban algo que no se concebía: que los organismos unicelulares pueden aprender, como los animales, por condicionamiento y que los principios del condicionamiento abarcan también ese mundo, el de los organismos unicelulares, siendo más generales de lo que se pensó en un principio.

Ahora queda el trabajo de estos o de otros investigadores para ver si se puede generalizar este descubrimiento a otros seres unicelulares (yo creo que se generalizará). Y el de descubrir cuál es y cómo funciona el “sistema nervioso” de esos organismos (yo creo que será cuestión de moléculas señalizadoras, receptoras y transductoras de señales, microtúbulos y microfibrillas del citoesqueleto; lo estimulante será ver cómo se organizan para la integración de estímulos diferentes). Y más allá está el desafío de descubrir si las bacterias, células radicalmente más sencillas que las amebas; también pueden aprender.

Diciembre de 2019

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