En un cobertizo de almacenamiento bajo un cielo texano sin nubes en noviembre, Robin Grob realizó una cirugía cerebral abierta en una mariposa monarca.

Tiras de cinta mantenían las alas negras y naranjas de la mariposa abiertas y fijaban su cuerpo peludo con manchas blancas bajo un microscopio. A través del lente, el cerebro aparecía como una masa diminuta amarillenta, en la cual se había insertado un tetrodo—cuatro electrodos, cada uno más delgado que un cabello humano. Mirando hacia abajo, Grob, neurobiólogo de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, cuidadosamente selló la cabeza de la mariposa con silicona para evitar que los electrodos se movieran.

La mariposa luchó contra la cinta. “Cálmate”, dijo Grob suavemente. “Deja de moverte”.

El siguiente paso fue el más difícil: mover la mariposa, tetrodo y todo, al exterior hacia el simulador de vuelo, un cilindro metálico de extremos abiertos del tamaño de una cafetera. Dentro de él, la mariposa sería atada y se le permitiría volar a través de un campo magnético cuidadosamente controlado. Un movimiento brusco en ruta desalojaría los electrodos y arruinaría horas de cirugía. Pero si Grob tenía éxito—si la mariposa sobrevivía la transferencia y el tetrodo permanecía en su lugar—podría grabar el momento exacto en que su cerebro detectó el tipo de campo magnético que guía a las monarcas a través de un continente.

Cada año, las monarcas viajan miles de millas desde Canadá hasta los bosques de oyamel de México. Para navegar, usan un conjunto de brújulas internas. Pero la fisiología exacta ha dejado perplejos a los científicos durante décadas: ¿cómo encuentra un insecto con un cerebro más pequeño que un grano de arroz los mismos bosques año tras año?

El sentido magnético más esquivo

Los animales, humanos incluidos, dependen de una variedad de señales internas y externas para navegar, incluyendo la posición del sol y las estrellas, la polarización de la luz, una memoria para puntos de referencia geográficos y más. De todas estas, el sentido magnético—la capacidad del cerebro de detectar el campo magnético de la Tierra con una sensibilidad similar a una brújula—permanece como el más esquivo.

“Entendemos cómo podemos oler, cómo podemos ver, cómo podemos oír, pero no entendemos cómo los animales pueden detectar el campo magnético”, dijo David Dreyer, neurocientífico de la Universidad de Lund en Suecia. “Es el último sentido que no se entiende realmente”.

Las tortugas bobas poseen ambos sentidos: pueden usar el campo magnético de la Tierra como brújula para mantener una dirección, pero también pueden usarlo como una especie de mapa para determinar dónde están.

Esto significa que pueden navegar a casa, incluso desde lugares donde nunca han estado antes. Los insectos migratorios, sin embargo, tienen una brújula pero no un mapa. Pueden migrar en una dirección particular, pero no hay evidencia concluyente de que sepan dónde están en relación con donde comenzaron o hacia dónde se dirigen.

Como sujetos de investigación de migración, sin embargo, los insectos ofrecen una ventaja sobre las tortugas y las aves: sus cerebros y sistemas nerviosos son más pequeños y menos complejos, por lo que sus circuitos neuronales son (relativamente) más simples de descifrar.

“Los cerebros y sistemas nerviosos grandes pueden ser más desafiantes para trabajar cuando realmente estás tratando de entender qué sucede en el cerebro”, dijo Kenneth Lohmann, biólogo de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill. Y las monarcas podrían ser potencialmente la clave para entender los mecanismos migratorios, agregó.

Sin embargo, algunos científicos se preguntan si los insectos como las monarcas incluso poseen un sentido magnético. “No creo que tengan uno”, dijo Henrik Mouritsen, biólogo de la Universidad de Oldenburg en Alemania. Hace dos décadas, Mouritsen, quien estudia la brújula magnética en aves, publicó un estudio sobre orientación de monarcas que no encontró evidencia de un sentido magnético.

“Me gustaría ver con mis propios ojos que esas mariposas pueden hacerlo, porque lo intenté y no pude lograr que lo hicieran”, dijo.

Una cirugía cerebral diminuta

De vuelta en el cobertizo, Grob miró la pantalla de su computadora mientras las primeras señales cerebrales del día parpadeaban en el monitor. Había insertado electrodos en cuatro tipos distintos de neuronas en el cerebro de la monarca. Pero las monarcas tienen aproximadamente 100 millones de neuronas, y aún no sabía si había elegido las cuatro correctas, que se encuentran en el complejo central, la región que gobierna la orientación espacial. Es como “ir a ciegas”, dijo.

El experimento involucraba cierta cantidad de prueba y error. Después de identificar cuatro neuronas prometedoras, los investigadores llevarían la monarca al exterior y la dejarían intentar volar hacia el suroeste mientras monitoreaban las señales cerebrales en busca de evidencia de magnetorrecepción. (A pesar del proceso angustiante, las mariposas no sienten dolor, ya que sus sistemas nerviosos carecen de receptores del dolor). Si ninguna emergía, comenzarían de nuevo con otra mariposa.

Durante varios años, Grob ha estado intentando estas grabaciones al aire libre. Parte de la razón para trabajar al aire libre, versus en un laboratorio cuidadosamente controlado, es dejar que la monarca piense que está migrando.

“Si queremos entender la migración, necesitamos poner a los animales en la etapa de comportamiento correcta”, dijo Basil el Jundi, neurocientífico de la Universidad de Oldenburg cuyo laboratorio diseñó el experimento. “Tienes que grabar de un animal volador mientras está realmente navegando”.

Dreyer, quien no está involucrado en la investigación, llamó a los experimentos, que combinan un simulador de vuelo con grabaciones cerebrales, “brillantes”.

Implicaciones más allá de las monarcas

En 2000, Steven Reppert, neurocientífico de la Escuela de Medicina UMass Chan, estaba conduciendo por el Medio Oeste cuando vio lo que parecía una nube naranja colgando bajo por delante.

“El aire estaba tan lleno de monarcas que varias se estrellaron contra las ventanas de mi auto”, dijo en un correo electrónico. “Me salí del camino y detuve el auto, contemplando este espectáculo asombroso”.

Hasta entonces, la mayor parte de la investigación sobre monarcas se enfocaba en ecología: dónde iban, cuántas sobrevivían. Pero viendo esa nube naranja, Reppert tuvo un pensamiento diferente. “Entonces me di cuenta de que la mariposa monarca y los mecanismos detrás de su espectacular comportamiento migratorio necesitaban ser estudiados”, dijo.

Durante las siguientes dos décadas, Reppert lideró más de 20 estudios explorando cómo el reloj interno de la monarca guía su navegación. Sus hallazgos transformaron el campo: que las monarcas pueden usar tanto la posición del sol como el patrón de luz diurna polarizada para determinar la dirección; que sus relojes circadianos de navegación residen en sus antenas, no en sus cerebros; que ciertos genes codifican fotorreceptores de cronometraje que son esenciales para la navegación; y que la brújula solar usada para la navegación se encuentra en la región del cerebro conocida como el complejo central.

Una de las estudiantes posdoctorales de Reppert fue Christine Merlin. Ella desarrolló genética inversa en monarcas, eliminando genes específicos para ver cuáles alteraban los mecanismos de navegación del insecto.

Ahora cronobióloga en la Universidad Texas A&M, a solo millas del cobertizo de Grob, Merlin ha vuelto su atención al sentido magnético y se ha estado acercando a los sensores reales.

Un artículo de 2021 de Merlin, publicado en la revista Nature Communications, mostró que un gen específico, CRY1, era necesario para la respuesta magnética en monarcas. El estudio también mostró que las antenas y los ojos estaban involucrados en detectar el campo magnético. ¿Pero en qué estructura fisiológica o bioquímica, exactamente?

Kayla Goforth, investigadora posdoctoral en el laboratorio de Merlin, está usando CRISPR, una herramienta de edición genética, para eliminar genes específicos de las monarcas, y está probando para determinar qué partes codifican para la navegación magnética.

Cría monarcas que carecen de ciertos genes y luego ve si aún pueden orientarse usando campos magnéticos. Su objetivo es encontrar la molécula donde “todas estas reacciones a nivel cuántico están ocurriendo”, dijo. En teoría, la investigación tiene el potencial de desarrollar sistemas de navegación humana que no dependan de satélites, sirviendo como alternativa cuando el GPS no está disponible.

“Si puedes desarrollar una herramienta de navegación basada en el campo magnético de la Tierra, no puedes perderla”, dijo Goforth. “Siempre está ahí. Está ahí día o noche”.

El trabajo es meticuloso. Pero las implicaciones se extienden mucho más allá de los insectos. Entender los mecanismos que las monarcas usan para la orientación podría ayudar a explicar cómo otras especies migran y navegan, dijo Reppert.

Ese grupo podría potencialmente incluir humanos. “¿Los humanos tienen un sentido magnético?”, dijo Reppert. “Podemos tener un sentido subconsciente del campo magnético de la Tierra. Pero solo hay escasa evidencia de percepción consciente”.

Los dos equipos, el de el Jundi y el de Merlin, también ejecutan experimentos para entender otros aspectos de la magnetorrecepción, incluyendo su lugar en la jerarquía de señales de brújula. ¿Cuándo usan las monarcas el sol para navegar? ¿Cómo trabajan ambas brújulas juntas? ¿Por qué usar el sol en absoluto cuando el campo magnético parece más confiable?

“Esta es una gran aventura”, dijo el Jundi. En efecto, los dos laboratorios están abordando el misterio—”cómo el cerebro de los insectos migratorios codifica la migración”, dijo—desde extremos opuestos. El trabajo de Merlin está río arriba, identificando dónde en el cuerpo de la mariposa están los sensores magnéticos y qué genes los controlan, así como qué está sucediendo a nivel molecular. El trabajo de Grob y el Jundi está río abajo, grabando cómo el cerebro procesa la información magnética después de que los sensores la detectan.

Muy parecido a la migración de la monarca: comenzando en un lugar, terminando en otro.

Una vez que la silicona se había endurecido en la monarca de Grob, cuidadosamente levantó el insecto y caminó hacia el simulador de vuelo. ¿Rendirían las horas de cirugía datos útiles o serían otro intento fallido?

Adjuntó la mariposa a la atadura del simulador, y después de unos pocos golpes suaves, las alas del insecto comenzaron a batir. Aparecieron señales en la pantalla de la computadora, picos a lo largo de dos ondas sinusoidales. Grob observó de cerca mientras la mariposa ajustaba su ángulo de vuelo.

En algún lugar en un cerebro más pequeño que un grano de arroz podría estar la respuesta de cómo los seres vivos aprovechan un campo invisible para viajar a través del planeta. “Esto va más allá de solo una monarca”, dijo.

(Este artículo apareció originalmente en The New York Times).