Así desarrollan las moscas sus giroscopios: un estudio revela cómo se forman los estabilizadores de vuelo
El balancín o halterio es un ala modificada que permite a las moscas mantener el equilibrio y realizar maniobras aéreas complejas. Un estudio del Instituto de Neurociencias UMH CSIC revela cómo se forma esta estructura estabilizadora del vuelo.
El halterio es un pequeño órgano situado detrás de las alas principales de las moscas y otros insectos voladores que actúa como un giroscopio biológico que les ayuda a estabilizarse en el aire. Un estudio del Instituto de Neurociencias publicado en la revista Current Biology revela la existencia de una red interna de ‘tensores’ celulares que es clave para darle al halterio su característica forma.
Este trabajo ha sido liderado por el director laboratorio de Arquitectura celular y tisular en el sistema nervioso del Instituto de Neurociencias ‘, José Carlos Pastor Pareja. Demuestra que, al contrario de lo que se consideraba, 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. “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”, explica Pastor Pareja.
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.
condiciones normales (izquierda) y un halterio deformado en un modelo de mosca de
la fruta modificado genéticamente (derecha). Fuente: Instituto de Neurociencias UMH CSIC.
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. 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.
Halterios visibles en la parte inmediatamente posterior a las alas, en un tipúlido. Imagen de Andre Vrijens at Waarneming.nl, Wikimedia Commons.
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”, explica Pastor Pareja y añade: “Cuando eliminamos esta estructura de soporte en modelos mutantes, el órgano pierde su geometría funcional”.
Los balancines de los insectos dípteros (las verdaderas moscas) son órganos mecanosensoriales esenciales para el vuelo. Son alas traseras modificadas que presentan grupos de células sensoriales en su base, y constituyen una de las características más distintivas de las moscas.
La información que recogen los balancines se transmite rápidamente a las neuronas que controlan el movimiento de las alas y la cabeza, lo que permite a la mosca ajustar su posición y orientación en el aire.
Los estudios sobre su estructura y dinámica muestran que, aunque los balancines reciben muy poca fuerza aerodinámica, sí experimentan fuerzas inerciales importantes, como las fuerzas de Coriolis asociadas a los giros del cuerpo. Las células sensoriales en su base detectan estas fuerzas y permiten a la mosca corregir desviaciones durante el vuelo.
En la imagen (8) son las alas y (9) el halterio de la mosca. Daktaridudu en Wikimedia Commons.
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. 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.
CSIC-UMH (izquierda), y el investigador Jorge Fernández Herrero, de la Universidad
de Alicante (derecha). Fuente: Instituto de Neurociencias UMH CSIC.
El estudio se ha llevado a cabo en colaboración con los investigadores 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 el investigador Jorge Fernández Herrero, de la Universidad de Alicante. Esta investigación ha sido posible gracias a 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.
Song, Y., Martín, P., Sun, T., Sánchez-Herrero, E., & Pastor-Pareja, J. C. (2024). Mechanical coupling between dorsal and ventral surfaces shapes the Drosophila haltere. bioRxiv, 2024-11. https://doi.org/10.1016/j.cub.2025.05.040
