El genio de las cabezas de alfiler: cuando gobiernan las cabezas diminutas

La araña de musgo de Samoa es el arácnido más pequeño del mundo, mide solo un tercio de milímetro y apenas es visible para el ojo humano. La araña más grande del mundo es la tarántula gigante que se alimenta de pájaros, que pesa 142 gramos y tiene aproximadamente el tamaño de un plato. Como referencia, la diferencia de tamaño entre la misma tarántula y el delfín mular es aproximadamente la misma.

Sin embargo, la araña más grande no se comporta de manera más sofisticada que su contraparte más pequeña. «Tanto los insectos como las arañas, en términos de tamaño, tienen los cerebros más pequeños que jamás hayamos encontrado», dice William Wcislo, científico del Instituto Smithsonian de Investigaciones Tropicales en la ciudad de Panamá. «Pero hasta donde sabemos, su comportamiento es tan complejo como cualquier cosa con un cerebro relativamente grande. Entonces, la pregunta es: ¿cómo lo hacen?».

Nadie va a discutir que las tarántulas son tan inteligentes como los delfines, o que tener un cerebro realmente grande no es una buena manera de realizar tareas complejas. Pero un número creciente de científicos se pregunta si esa es la única forma. ¿Necesita cerebro para atrapar presas escurridizas, diseñar estructuras complejas o generar dinámicas sociales complejas?

Durante generaciones, los científicos se han preguntado cómo los organismos inteligentes desarrollan cerebros para realizar tareas complejas. Pero Wcislo es parte de un pequeño grupo de científicos que están menos interesados ​​​​en cómo crece el cerebro que en cómo se encoge, y aún así realizan tareas sorprendentemente mejor que sus contrapartes más grandes. En otras palabras, esto es lo que los científicos llaman miniaturización del cerebro, similar a la reducción del tamaño de los transistores en un chip de computadora. De hecho, la investigación puede contener pistas sobre estrategias de diseño innovadoras que los ingenieros pueden emplear en futuras generaciones de computadoras.

Los científicos interesados ​​en la miniaturización del cerebro a menudo se refieren a algo llamado regla de Haller, propuesta por el neurocientífico alemán Bernhard Rensch y nombrada así por el padre de la fisiología del siglo XVIII, Albrecht von Haller. Asume que las criaturas más pequeñas tendrían cerebros más pequeños, pero la proporción entre el tamaño del cerebro y el cuerpo en realidad aumenta. Sorprendentemente, hay muy pocos seres vivos en la Tierra que violen esta regla. «Es muy general, se sabe desde hace mucho tiempo. Y no parece haber una buena idea de por qué en el mundo eso es cierto», dijo William Eberhard, un investigador de arañas y colaborador frecuente de Wcislo que también estudia las especies tropicales. trabajar.

Imagínese empacar para un viaje con una maleta enorme y luego enterarse de que el avión solo acepta equipaje de la mitad de ese tamaño. El viaje es el mismo, pero el espacio se reduce, por lo que debe ser más eficiente y su bolso podría reventar por las costuras. Lo mismo les sucedió a algunas de las pequeñas arañas de Eberhard. “Sus cerebros no se quedan en la parte derecha del cuerpo. Los pequeños se meten en las piernas, el esternón sobresale y está lleno de cerebros. Sus cuerpos están deformados por estos cerebros”, dijo.

La escala de este mundo de arañas es increíble. Por ejemplo, el grupo de criaturas favorito de Eberhard, los tejedores de orbes. El más grande que estudió pesaba unos 3 gramos, mientras que el más pequeño pesaba 0,005 miligramos, aproximadamente 600.000 veces más grande que su primo. Para tener perspectiva, imagine a un hombre adulto normal parado junto a un gigante que mide 400 kilómetros de alto y pesa más de 300 ballenas azules. Solo el cerebro del gigante pesa 910.000 kilogramos.

Entonces, ¿podrían estos gigantes ser más inteligentes que los humanos? Si el principio de escalar se aplica al mundo de las arañas, entonces la respuesta es no, como se puede ver al observar de cerca sus telas.

A medida que una araña construye su red, debe tomar decisiones continuamente sobre cómo encontrar los lugares más eficientes para conectar cada hilo. Aunque son arquitectos brillantes, cometen errores, y con el tiempo, esos errores son muy consistentes. Por lo tanto, Eberhard usó estos errores al hacer páginas web como un indicador de la capacidad cognitiva. Conociendo el costo asombroso de tener un cuerpo diminuto y un cerebro de gran tamaño, quiere ver ese costo reflejado en su presencia en línea. Las arañas más pequeñas deberían cometer más errores.

Sorprendentemente, no lo hicieron. De hecho, el número de errores es exactamente el mismo entre especies, e incluso dentro de las especies. Luego, uno de los estudiantes de Eberhard probó las criaturas obligándolas a construir en un entorno confinado, dentro de un tubo del diámetro de una gran pistola de aire comprimido. Nuevamente, las arañas cometieron tantos errores de cálculo, incluso como las ninfas recién nacidas. Lo mismo parece ser cierto para las avispas parásitas, desde los halcones tarántula gigantes hasta las avispas mágicas más pequeñas que un paramecio unicelular. Estos últimos tienen cerebros pequeños, pero son igual de buenos para localizar y emboscar presas. «No hemos encontrado ningún costo de comportamiento por tener un cerebro completamente pequeño», dijo Wcislo.

¿Cómo puede un cerebro tan pequeño ser tan bueno como uno más grande? A través de una eficiencia evolutiva viciosa y brutal. Algunas criaturas diminutas en realidad han encogido sus células cerebrales, con axones muy acortados que las conectan, las extensiones filiformes de las neuronas. Pero incluso entonces, hay un límite inferior: la célula no puede crecer más pequeña que su núcleo (aunque algunos escarabajos pueden simplemente deshacerse del núcleo por completo). Si los axones se acortan demasiado, comienzan a interferir entre sí como cables enredados.

Entonces, tener un cerebro semi-normal es una tarea difícil para los pequeños invertebrados. ¿Qué significa esto para nosotros, criaturas más grandes? Resulta que a la regla de Haller no le importa si eres una araña, una avispa, un pájaro o un ser humano. Debido al cambio climático u otras presiones selectivas, los animales evolucionaron cada vez más pequeños, y sus cerebros requerían una proporción cada vez mayor de energía y bienes inmuebles en el cuerpo.

Una salamandra parecida a un insecto que varía mucho en tamaño ha desarrollado un cráneo más delgado para hacer espacio para su cerebro. Si bien no está claro cómo se aplica todo esto a los humanos, sabemos que el tamaño del cerebro humano se ha reducido en los últimos 10 000 años. Quizás los cerebros de nuestros antepasados ​​no se volvieron menos inteligentes, sino más eficientes.

Diego Ocampo, biólogo, actualmente está trabajando en su Ph.D. En la Universidad de Miami, se examinaron más de 70 especies de aves y se descubrió que obedecen perfectamente la ley de Haller, y que las aves más pequeñas tienen cerebros proporcionalmente más grandes. Pero cuando miró a los grupos individuales, notó que los colibríes tenían su propia versión súper fuerte de las reglas. Tome dos especies de colibríes, por ejemplo. El ave púrpura con alas de espada es un ave grande que pesa 12 gramos y su contenido cerebral es de aproximadamente el 2,4%. Mientras tanto, la reclusa de garganta rayada, que tiene solo una quinta parte del tamaño, tiene el 4,8 por ciento del cerebro. Estos números son sorprendentemente bajos en comparación con otros organismos. Las aves mucho más grandes que muestreó, como los jugadores de críquet, tenían cerebros que ocupaban el 7 por ciento de sus cuerpos.

Es como si los colibríes como grupo hubieran descubierto un tipo de cerebro que funciona mejor que otras aves: una ligera desviación de la ley de Haller. Si eso no fuera suficiente, el ermitaño, lejos de ser un tonto, en realidad exhibe los comportamientos más complejos. Las aves con alas de espada tienden a sentarse y proteger una planta, mientras que los reclusos pueden memorizar rutas complejas a través de los bosques en busca de alimento.

¿Qué pasaría si las aves hubieran desbloqueado algún diseño cerebral súper eficiente que les permitiera hacer más con menos? Por supuesto, esto explicaría algunas de las asombrosas habilidades observadas en los loros grises africanos, que pueden reconocer formas e incluso contar, y los córvidos, que tienen recuentos de neuronas comparables a los de algunos primates y, presumiblemente, incluso posiblemente autoconciencia. Y no se olvide de los pulpos, que tienen cerebros muy primitivos pero realizan tareas que rivalizan con los perros.

Lars Chittka, que estudia el comportamiento y la inteligencia de las abejas en la Universidad Queen Mary de Londres, deja atrás estas preguntas sobre la inteligencia animal. No es que necesiten grandes cerebros para hacer cosas complejas, sino que los comportamientos complejos realmente no requieren mucho poder cerebral, dijo. «Las tareas que requieren el cerebro aún no se han encontrado», dijo. “Puedes hacer mucho con muy poco cerebro.” Algunas avispas son capaces de reconocer las caras de todas las demás avispas en la comunidad, dijo. Pero cuando miró sus cerebros, no había nada que explicara esta impresionante habilidad. Chittka cree que el reconocimiento facial puede haber evolucionado a partir de habilidades más simples, como identificar la fuente de alimentos. Dadas sus complejas interacciones sociales, lenguaje de señas y excelente memoria espacial, la inteligencia de las abejas no es muy diferente a la de los roedores.

Aún así, comparar dos especies de partes muy diferentes del reino animal aún tiene credibilidad, y es más difícil entender cómo la fisiología se corresponde con comportamientos específicos. Pero cualquier animal que sea «empujado contra la pared de la ley de Haller» al evolucionar a un tamaño más pequeño mientras mantiene un comportamiento complejo está obligado a descubrir algunas formas interesantes de simplificar su cerebro, dijo Eberhard.

Wcislo compara animales grandes como ballenas y humanos con la enorme computadora Apple IIe que se sentó en muchos escritorios en la década de 1980 y revolucionó la informática personal. Son herramientas poderosas, pero desperdician mucho espacio y generan demasiado calor. Ahora compare eso con un iPhone moderno y podrá ver el poder de la miniaturización.

Entonces, quizás no sea una sorpresa que el trabajo de Wcislo haya llamado la atención de Silicon Valley. Su patrocinador más antiguo y leal es Frank Levinson, el capitalista de riesgo y fundador del gigante de fibra óptica Finisar. Para explicar por qué comenzó a invertir en la investigación de insectos, Levinson describió un momento cerca de su casa cuando vio un par de mariposas macho compitiendo por la atención de una hembra, agachándose y zigzagueando alrededor de un arbusto. “Los mejores chips de Intel no pueden volar, bailar, enamorarse de mujeres o pelear perros”, dijo. «No conozco nada en silicio que pueda hacer algo tan complejo de forma remota».

Si los bichos han aprendido a hacer más con menos, ¿qué impide que la electrónica haga lo mismo?

Las empresas de electrónica de hoy están obsesionadas con la inteligencia artificial (cómo hacer que las máquinas se parezcan más a los humanos) en un momento en que el crecimiento de la velocidad informática parece estar desacelerándose por primera vez desde la década de 1970, dijo Levinson. Por lo tanto, dijo Levinson, existe una gran necesidad de comprender cómo funciona la inteligencia y hacer que los circuitos sean más pequeños y eficientes. En otras palabras, más como insectos.

Los insectos proporcionan una gran cantidad de ejemplos de máquinas informáticas de alto rendimiento. Para citar la obsesión reciente de Wcislo, la abeja nocturna del sudor vive bajo el dosel de la jungla con 10 a 20 veces menos luz que en una noche sin luna. Está tan oscuro que las leyes de la física dicen que no hay suficientes fotones para distinguir una señal visual del ruido de fondo. «¿Qué piensan?», dijo Wcislo. “No deberían ser capaces de ver.” Sus diminutas cabezas parecían actuar como filtros de imágenes, como anteojos de visión nocturna, recogiendo imágenes de la oscuridad circundante. También entrenó hormigas para correr a través de laberintos, luego comparó sus cerebros con los de otras hormigas con menos problemas mentales. Estas preguntas pueden sugerir que los materiales y diseños de vanguardia podrían permitir que las computadoras se encojan tan rápido como los cerebros de los animales.

Cuando se trata de eso, los cerebros de insectos ofrecen más que una eficiencia increíble: ofrecen simplicidad. El estudio de la inteligencia artificial es complicado, en parte porque el cerebro humano es increíblemente complejo. Pero como descubrieron estos científicos, se puede hacer mucho con un cerebro muy pequeño y eficiente. Quizás haya más programadores que también puedan aprender de ellos.

«Silicon Valley siempre está buscando esos nuevos nichos de mercado», dijo Levinson. «Un punto interesante es [Wcislo] Y aquellos que estudian cosas simples como hormigas, abejas y arañas, vean lo que pueden decirnos sobre los procesos de pensamiento y el aprendizaje. «