Cuando una mosca de la fruta se fija en el olor de una fruta fermentada, no se limita a seguir su nariz contra el viento. Una nueva investigación publicada en Nature revela que Drosophila emplea una sofisticada estrategia de navegación de dos estados, rastreando el borde de un penacho de olor en lugar de su centro, y utilizando memoria direccional para guiar los retornos después de cada salida.
El hallazgo desafía una suposición arraigada de que la navegación basada en vectores (la capacidad de almacenar y recordar una dirección hacia un objetivo) requiere un cerebro más grande de lo que posee un insecto. Una mosca tiene aproximadamente 200.000 neuronas en total, en comparación con los 86 mil millones de un cerebro humano. Sin embargo, su complejo central, una estructura de solo unos pocos cientos de micras de ancho, implementa una estrategia computacional que los investigadores asociaban previamente con mamíferos y aves.
Rastreo de borde, no rastreo de centro
El equipo, liderado por investigadores del Janelia Research Campus del Howard Hughes Medical Institute y del Instituto de Tecnología de California, desarrolló un sistema de realidad virtual de circuito cerrado para moscas con la cabeza fijada que caminaban sobre una bola sostenida por aire. Una boquilla acoplaba la dirección del viento al rumbo de la mosca, y se infundía olor a vinagre de sidra de manzana en la corriente de aire según la posición ficticia de la mosca en un corredor virtual.
Los resultados fueron inesperados. Las moscas no permanecían dentro del penacho de olor una vez que lo encontraban. En cambio, salían repetidamente después de un promedio de 4,9 segundos en el interior, y luego ejecutaban retornos dirigidos y eficientes hacia el límite del penacho. La trayectoria general no era un deambular, sino una alternancia sistemática entre dos estados: “salida” y “retorno”, con la mosca rastreando un solo borde de un corredor de olor de 50 mm de ancho.
La mayor parte del progreso contra el viento ocurría durante los breves episodios en el interior. Cuando la mosca perdía el olor, no deambulaba al azar; se dirigía de vuelta a lo largo de un vector que correspondía a la dirección del borde del penacho. Los investigadores cuantificaron esto analizando los ángulos de entrada y salida: las moscas que entraban y salían de un penacho de 45 grados mostraban distribuciones angulares no aleatorias, con trayectorias de retorno a menudo perpendiculares al borde.
Memoria direccional, no posicional
Para probar si las moscas almacenaban una memoria posicional (dónde estaba el penacho) o una memoria direccional (hacia dónde regresar), los investigadores realizaron dos experimentos clave. En el primero, las moscas rastrearon un penacho de 45 grados durante 10 minutos, y luego la fuente de olor se apagó por completo. Las moscas continuaron dirigiéndose en la misma dirección utilizada para retornos anteriores, hacia donde había estado el penacho, aunque ya no existía. En el segundo, el penacho se desplazaba 20 mm lateralmente cada vez que la mosca salía. Las moscas ajustaban sus trayectorias en el siguiente retorno, confirmando que estaban usando señales direccionales en lugar de posicionales.
La memoria direccional se actualiza rápidamente. Una sola sesión de entrenamiento operante, en la que el olor se liberaba solo cuando la mosca se dirigía en una dirección de retorno específica, mejoró significativamente el rastreo de un penacho orientado en la dirección opuesta. El modelo conductual que mejor se ajustó a los datos fue un sistema de conmutación de dos estados: en cada cruce de límite, la mosca actualizaba un vector de memoria como una combinación ponderada de su memoria anterior y su rumbo actual.
El hardware neuronal
Dentro del complejo central de la mosca, un conjunto de estructuras de la línea media que funciona como un centro de navegación, los investigadores identificaron neuronas específicas responsables de cada componente de la estrategia. Las neuronas EPG en el cuerpo elipsoide mantenían una representación estable del rumbo de la mosca con respecto al viento. Cuando se silenciaban mediante inhibición optogenética, las moscas perdían su capacidad de realizar retornos dirigidos y deambulaban sin rumbo contra el viento.
Las neuronas FC2 en el cuerpo en forma de abanico codificaban la dirección del objetivo, el vector de regreso al límite del penacho. Estas neuronas se activaban específicamente durante las trayectorias de retorno, y su patrón de actividad divergía de la señal de rumbo EPG antes de cada giro hacia el límite. El silenciamiento de las neuronas FC2 producía el mismo déficit de navegación que el silenciamiento de las neuronas EPG.
El modelo de circuito propuesto implica sinapsis plásticas entre neuronas tangenciales sensibles al olor (que transportan información sensorial sobre el penacho) y neuronas columnares (que codifican la memoria direccional). La memoria del ángulo de entrada se almacena y actualiza en estas sinapsis cada vez que la mosca cruza el límite del penacho.
Lo que esto significa para la inteligencia de los insectos
El hallazgo se suma a un creciente reconocimiento de que los cerebros de los insectos no son sistemas reflejos simples. El complejo central, ya conocido por codificar la dirección del rumbo y respaldar la integración de ruta en hormigas y abejas navegantes, ahora parece respaldar también la memoria vectorial de objetivos para la búsqueda olfativa. El mismo conjunto de herramientas neuronales conservadas (dirección del rumbo, dirección del objetivo y conmutación de estado) sirve para diferentes tareas de navegación en distintas especies de insectos.
Los investigadores señalan que en entornos naturales, la estrategia funciona mejor para penachos de olor coherentes cerca de la fuente, donde existen límites definidos. En penachos turbulentos corriente abajo compuestos de filamentos desconectados, la información del límite es menos confiable y la ventaja de la memoria disminuye. Las moscas probablemente alternan entre anemotaxis refleja (moverse contra el viento en respuesta al viento) y rastreo de borde basado en vectores dependiendo de la estructura del penacho que encuentren.
Para la robótica y la olfación artificial, la estrategia ofrece una plantilla computacionalmente eficiente. Un sistema de dos estados con memoria direccional puede localizar una fuente química sin requerir un mapa de gradiente de concentración, que a menudo no está disponible en entornos turbulentos. La solución de la mosca al problema del rastreo de penachos resulta no ser más simple de lo esperado, sino más elegante.
Referencia: Siliciano, A.F., Minni, S., Morton, C. et al. Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10827-7
Traducido por Alessandra