No hay evidencia de efectos del campo magnético en el comportamiento de Drosophila

Nature volumen 620, páginas 595–599 (2023)Cite este artículo

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Los pájaros cantores migratorios tienen la notable capacidad de extraer información direccional del campo magnético de la Tierra1,2. Sin embargo, el mecanismo exacto de este sentido de la brújula magnética dependiente de la luz no se comprende completamente. La hipótesis más prometedora se centra en la dinámica de espín cuántico de pares de radicales transitorios formados en proteínas criptocromo en la retina3,4,5. Es frustrante que gran parte de la evidencia que respalda esta teoría sea circunstancial, en gran parte debido a los desafíos extremos que plantea la modificación genética de las aves silvestres. Por lo tanto, se ha reclutado a Drosophila como organismo modelo, y varios informes influyentes sobre los efectos del campo magnético mediados por criptocromo en el comportamiento de las moscas se han interpretado ampliamente como apoyo a un mecanismo radical basado en pares en las aves6,7,8,9,10,11. 12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Aquí presentamos los resultados de un extenso estudio que prueba los efectos del campo magnético en 97.658 moscas que se mueven en un laberinto de dos brazos y en 10.960 moscas que realizan el comportamiento de escape espontáneo conocido como geotaxis negativa. En condiciones meticulosamente controladas y con muestras de gran tamaño, no hemos podido encontrar evidencia de un comportamiento magnéticamente sensible en Drosophila. Además, después de una reevaluación de los enfoques estadísticos y los tamaños de muestra utilizados en los estudios que intentamos replicar, sugerimos que muchos (si no todos) de los resultados originales fueron falsos positivos. Por lo tanto, nuestros hallazgos arrojan dudas considerables sobre la existencia de detección magnética en Drosophila y, por lo tanto, sugieren fuertemente que los pájaros cantores migratorios nocturnos siguen siendo el organismo elegido para dilucidar el mecanismo de la magnetorrecepción dependiente de la luz.

La mayor parte de nuestro conocimiento sobre la magnetorrecepción dependiente de la luz proviene de los pájaros cantores que migran de noche, que muestran respuestas de brújula altamente reproducibles cuando se prueban durante la temporada migratoria en jaulas de orientación como los embudos de Emlen24,25,26 y en vuelo libre27. También parecen combinar la orientación de su brújula de regreso a casa con una "señal de alto" basada en una inclinación magnética para decidir dónde terminar su viaje de regreso28. Trabajar con estas aves es un desafío porque no pueden criarse habitualmente en cautiverio y muchos enfoques genéticos modernos son inaplicables. Por lo tanto, nos interesó ver informes de que Drosophila muestra comportamientos influenciados magnéticamente6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Aunque el beneficio evolutivo de explotar las señales magnéticas no está claro, un paradigma de comportamiento ampliamente reproducible para probar la magnetorrecepción en Drosophila facilitaría en gran medida la búsqueda de los mecanismos exactos de las moléculas sensoriales, las bases genéticas y las respuestas neuronales a los estímulos magnéticos. Sería mucho más difícil alcanzar el mismo nivel de conocimiento y percepción utilizando únicamente pájaros cantores migratorios nocturnos. Por lo tanto, decidimos implementar dos de los ensayos de comportamiento de Drosophila publicados en nuestros propios laboratorios.

Primero probamos el ensayo de laberinto en forma de T de elección binaria de Gegear et al.6,7 y Foley et al.8 con una réplica exacta del aparato original y siguiendo los protocolos publicados y la información adicional proporcionada por los autores originales (Extended Datos Fig. 1). Se aplicó un campo magnético de alrededor de 500 µT en un brazo del laberinto y ningún campo magnético en el otro, haciendo pasar corrientes idénticas paralelas y antiparalelas, respectivamente, a través de bobinas idénticas de doble envoltura. Esta disposición garantiza que cualquier efecto no magnético, como un calentamiento menor, sea el mismo en los dos brazos. El aparato, junto con las tiras de luz blancas, estaba contenido dentro de una caja de madera colocada dentro de una cámara blindada electromagnéticamente (4,0 × 5,0 × 2,5 m3) en un edificio de madera que atenuaba los campos de radiofrecuencia de fondo en un factor de al menos 105 (ref. 29). De esta manera, las moscas, probadas en grupos de aproximadamente 100, fueron expuestas al campo estático producido por las bobinas y/o al campo magnético de la Tierra, pero no a campos electromagnéticos de radiofrecuencia, que interfieren con la capacidad de las aves para usar sus brújula magnética26,29,30.

En los estudios originales6,7,8, se informó que las moscas "ingenuas" que no habían experimentado previamente el campo magnético de 500 µT evitaban este campo en el laberinto, mientras que las moscas "entrenadas", que habían sido condicionadas para asociar una recompensa de sacarosa con una sola exposición a un campo de 500 µT, prefirió el brazo magnético del laberinto. Probamos la cepa de moscas Canton-S de tipo salvaje (CS-OX) para las cuales Gegear et al.6,7 y Foley et al.8 habían informado las respuestas magnéticas más fuertes, y otra cepa Canton-S (CS-OX). LE) de un laboratorio diferente, todo en las mismas condiciones que los estudios originales. En ambos casos no vimos preferencia ni evitación del campo magnético de 500 μT en moscas ingenuas o entrenadas (Fig. 1a, b). Por el contrario, utilizando procedimientos similares y recompensas de sacarosa, nuestras moscas se condicionaron fácilmente a los olores (Figura 4 complementaria, Tabla 5 complementaria y Figura 2 de datos ampliados).

a–c, índice de preferencia, definido como \({\rm{PI}}=2{P}_{{\rm{M}}}-1\) donde PM es la proporción de moscas que prefirieron el brazo magnético de el laberinto. Las moscas fueron probadas con (expuestas) y sin (falso) un campo magnético de aproximadamente 500 µT en un brazo del laberinto. Los datos entrenados y 'naive-1' se obtuvieron utilizando los protocolos exactos de Gegear et al.6. Los datos 'naive-2' se obtuvieron de moscas probadas en las mismas condiciones que las moscas entrenadas, excepto por la omisión de la recompensa de sacarosa (Información complementaria). a, CS-OX vuela. b, CS-LE vuela. c, Datos agrupados de todas las moscas probadas en el laberinto en T, incluidos todos los experimentos descritos en Información complementaria. Se muestra el número total de moscas analizadas. Para cada condición en a y b, se probaron 50 conjuntos independientes, todos de alrededor de 100 moscas, en cada condición experimental. En ningún caso las moscas mostraron ni siquiera una preferencia marginalmente significativa (P <0,1) por el campo magnético o su evitación (Información complementaria). Los diagramas de caja muestran la mediana, los cuartiles del 25 y 75% y los valores máximo y mínimo.

Al no haber podido replicar los hallazgos originales, buscamos condiciones experimentales alternativas bajo las cuales Drosophila podría mostrar una preferencia magnética espontánea o una respuesta condicionada por el campo magnético en el laberinto T (Métodos complementarios). Por ejemplo, dada la escasez de informes de animales capaces de asociar un campo magnético con una recompensa después de una sola exposición31, aumentamos el número de sesiones de entrenamiento de una a cuatro. También probamos Drosophila capturada en la naturaleza. En ambos casos no encontramos ningún efecto de campo magnético (Figuras complementarias 2 y 3 y Tablas complementarias 2 y 3). Otras variaciones en el protocolo experimental (diferentes concentraciones de sacarosa, moscas de diferentes edades, moscas criadas bajo luz natural y moscas probadas sin protección electromagnética (Figuras complementarias 2 y 3 y Tablas complementarias 2 y 3)) tampoco lograron provocar una preferencia magnética. En conclusión, después de probar 984 conjuntos de alrededor de 100 moscas cada uno (97,658 moscas en total) durante un período de 48 meses, no encontramos preferencia ni evitación del campo magnético en el laberinto en T, ni por moscas entrenadas ni por moscas ingenuas (Fig. 1c).

A diferencia de los experimentos originales del laberinto en T6,7,8, nuestras pruebas se realizaron en una instalación de investigación completamente no magnética en la que se controlaron meticulosamente los campos magnéticos estáticos y dependientes del tiempo29. También utilizamos un número mucho mayor de réplicas independientes. Además, nuestros experimentadores estaban ciegos a las condiciones magnéticas en todos los experimentos.

Al notar la gran dispersión sobre el valor de preferencia cero en la mayoría de nuestros experimentos de campo magnético, nos preguntamos si los efectos del campo magnético en el trabajo original podrían reflejar fluctuaciones estadísticas, que se sabe que producen falsos positivos y que probablemente ocurran para tamaños de muestra pequeños. (el fenómeno de la "maldición del ganador"32). Por lo tanto, reevaluamos el análisis estadístico de Gegear et al.6 (Figura 1 complementaria y Tabla 1 complementaria) y nos dimos cuenta de que los autores habían analizado sus datos asumiendo implícitamente que cada mosca individual actuaba como una verdadera réplica biológica, haciendo su elección independientemente de los otros (aproximadamente) 100 vuelan en el laberinto. El supuesto de independencia es crucial para la aplicabilidad de la prueba t a los datos de preferencia, pero se viola en el ensayo grupal, lo que conduce a una inflación de la significancia por pseudorreplicación. Al aplicar la prueba t, los autores obtuvieron valores de P muy significativos para diferencias bastante pequeñas entre las proporciones de moscas que evitaron o prefirieron el brazo magnético del laberinto. Cuando utilizamos un marco estadístico adecuado para los datos de proporciones, encontramos además que, incluso para el mayor efecto de campo magnético aparente informado para este ensayo6,7,8, como se presenta en la Fig. 1b de Gegear et al.6 (44,5% ingenuo versus 58,5% entrenado), el poder estadístico logrado fue sólo alrededor del 10% con 10 y 12 series de moscas en cada grupo. Esto significa que, con tamaños de muestra tan pequeños, la hipótesis nula de que no hay efecto de campo magnético no podría rechazarse en más del 90% de estos casos. A partir de estas consideraciones, en combinación con nuestros propios resultados, llegamos a la conclusión de que los efectos del campo magnético informados originalmente fueron falsos positivos (Tabla complementaria 4).

Al no haber tenido éxito en reproducir los resultados informados del laberinto en T6,7,8, recurrimos a un comportamiento espontáneo de Drosophila, sin necesidad de acondicionamiento, para el cual también se habían informado efectos del campo magnético. En una investigación de la respuesta de escape innata conocida como geotaxis negativa, Fedele et al.9 probaron grupos de diez moscas dentro de tubos de plástico colocados entre bobinas de doble envoltura bajo condiciones 'expuestas' (campo aplicado de aproximadamente 500 µT) o 'simuladas' (sin campo aplicado) condiciones. Bajo una tenue luz azul, se descubrió que el campo magnético reducía la velocidad a la que las moscas trepaban después de ser derribadas hasta el fondo de un tubo9.

Para replicar Fedele et al.9 probamos la misma cepa de Drosophila (CS-LE) y utilizamos el aparato construido para el estudio original (Datos ampliados, figura 3). Las mediciones se realizaron dentro de las cámaras blindadas electromagnéticamente descritas anteriormente29 por experimentadores que no conocían las condiciones del campo magnético. Se filmaron las moscas y, como en el estudio original9, se registró la proporción que subía 15 cm en 15 s. No encontramos diferencias entre las moscas analizadas bajo luz azul tenue con y sin un campo magnético aplicado de 500 µT (Fig. 2). Se obtuvieron resultados similares utilizando un campo de 300 µT y cuando se repitieron las pruebas para otra cepa de Drosophila (CS-OX; Fig. 2). Aunque no se detectaron efectos del campo magnético, pudimos replicar la observación de control positivo de Fedele et al.9 de que las moscas expuestas a la luz roja trepan menos rápidamente (independientemente del campo magnético) que las probadas bajo luz azul (Fig. 2). ).

a,b, Porcentajes de moscas (CS-OX, a; CS-LE, b) que treparon 15 cm en 15 s. En total, se probaron 150 conjuntos de diez moscas en cada condición experimental. No se encontraron diferencias estadísticamente significativas en el comportamiento de escalada para exposiciones a campos magnéticos de 500 o 300 µT en comparación con condiciones de exposición simuladas sin campo magnético aplicado. Las moscas probadas bajo luz azul treparon significativamente más rápido que las probadas bajo luz roja (Información complementaria). Los diagramas de caja muestran la mediana, los cuartiles del 25 y 75% y los valores máximo y mínimo.

Tras el resultado negativo del intento de replicación directa, decidimos construir una versión mejorada del experimento original y realizar las pruebas en un entorno más controlado magnéticamente29 que los experimentos originales. El nuevo aparato de "gravedad" constaba de tres tubos de plástico transparente, cada uno con diez moscas, sujetos a un soporte que, cuando se levantaba verticalmente y se soltaba, provocaba que las moscas cayeran hasta la base de los tubos (Datos ampliados, figuras 4 y 4). 5). Este aparato se colocó en el medio de un sistema Merritt de cuatro bobinas tridimensional de doble envoltura (2 × 2 × 2 m3)33 colocado dentro de una de nuestras cámaras blindadas electromagnéticamente29 (Fig. 3a). Los movimientos de las moscas dentro de los tubos se filmaron y rastrearon automáticamente (Datos ampliados, figuras 6 y 7).

a, esquema del aparato. Una computadora de escritorio (1), situada fuera de la cámara blindada, controlaba las fuentes de alimentación (2), la caja de conmutación (3) y el sistema tridimensional de cuatro bobinas Merritt de doble envoltura (4). Se han omitido grandes partes de las 12 bobinas para mayor claridad visual; Se puede encontrar una fotografía de la cámara y las bobinas en la ref. 29. En el centro de las bobinas se colocaron tubos que contenían las moscas (5). Sensores de temperatura, luz y campo magnético (6) monitorearon los experimentos continuamente. Estos sensores estaban conectados a una computadora portátil (7) que también controlaba la cámara de video (8). Las moscas se iluminaron con luz ultravioleta azul, azul o roja mediante una serie de LED (9). Una segunda matriz de LED (10) generó luz infrarroja para filmar. b, Comportamiento de escalada de moscas CS-LE bajo luz azul (410–490 nm), que muestra la dependencia del tiempo de la proporción de moscas que alcanzan los 15 cm cuando se exponen a un campo magnético de 300 µT en comparación con condiciones de exposición simuladas sin campo magnético aplicado. Los datos se muestran como media (líneas gruesas) y media ± intervalo de confianza (líneas finas) para los datos de proporción. La línea discontinua gris indica la proporción de moscas capaces de trepar 15 cm en 15 s. c, Altura media escalada por las moscas en función del tiempo (mismas condiciones que b). Los datos se muestran como media (líneas gruesas) y media ± sd (líneas finas). No se encontraron diferencias significativas entre las condiciones simuladas (0 μT) y expuestas (300 μT). b,c, Datos de 15 grupos de diez moscas en cada condición (expuestas y simuladas).

Utilizamos la misma línea Canton-S que en el estudio original (CS-LE) y realizamos las pruebas bajo una luz azul tenue (410-490 nm) utilizando un campo magnético de 300 µT. Se realizaron experimentos adicionales utilizando campos magnéticos de 0, 90 y 220 µT, cada uno con su propia exposición simulada (Figura 7 complementaria y Tabla 9 complementaria). Estos experimentos adicionales fueron motivados por un informe de efectos magnéticos sobre la geotaxis en moscas probadas en campos más débiles que los utilizados por Fedele et al.9 Para evaluar el comportamiento de escalada, primero adoptamos el criterio original9 y determinamos el porcentaje de moscas que treparon 15 cm en 15 s. Descubrimos que el porcentaje de 'escaladores' no difirió significativamente entre los grupos expuestos al campo y simulados (Fig. 3b) en cualquiera de las intensidades del campo magnético estudiadas (Fig. 7 complementaria). Observamos además que tales categorizaciones binarias (escaladores versus no escaladores), basadas en criterios de corte un tanto arbitrarios (altura mínima, tiempo máximo), no eran sólidas pero daban como resultado una gran dispersión dentro de ambos grupos, simplemente porque las distancias escaladas observadas no siguen una distribución bimodal, es decir, escaladores y no escaladores (Figura complementaria 5). Por lo tanto, para asegurarnos de que no habíamos pasado por alto un efecto del campo magnético, analizamos las posiciones promedio de las moscas a lo largo del tiempo (Fig. 3c y Fig. 6 complementaria), pero nuevamente no encontramos evidencia de un efecto del campo magnético en la geotaxis negativa.

Otros estudios han informado que las moscas también son magnéticamente sensibles cuando se exponen a longitudes de onda de luz más cortas6,18. Por lo tanto, probamos moscas utilizando diodos emisores de luz (LED; 380-450 nm) de color azul ultravioleta (UV), pero no encontramos efectos de campos magnéticos de 0, 90, 220 o 300 µT (Figura complementaria 8, Tabla complementaria 9 y Datos ampliados). Figura 5). En un intento de recrear el entorno de los laboratorios en los que se habían realizado los experimentos originales, reintrodujimos los campos de radiofrecuencia de fondo que estaban ausentes en nuestra cámara blindada electromagnéticamente. Una vez más, no se detectó ningún efecto de campo magnético (Figura 9 complementaria y Tabla 9 complementaria). Todas las pruebas anteriores se repitieron utilizando una línea Canton-S diferente (CS-OX; figuras complementarias 10 a 12 y tabla complementaria 10). En conclusión, no pudimos encontrar ningún efecto de campo magnético estadísticamente significativo en la geotaxis negativa de Drosophila (Tablas complementarias 6 a 8).

Finalmente, para obtener datos de escalada sólidos que no se vieran potencialmente confundidos por los efectos del grupo, rediseñamos el ensayo de geotaxis para permitir el monitoreo de moscas individuales en lugar de grupos de diez, de modo que se pudieran registrar y analizar trayectorias individuales. Inspirándonos en el aparato FlyVac de Kain et al.34, utilizamos una breve reducción de la presión del aire para atraer cada mosca hasta el fondo de su tubo y luego filmamos su ascenso posterior (Fig. 4a y Datos ampliados, Fig. 8). Las mediciones fueron completamente automatizadas y, una vez más, realizadas de forma ciega para evitar cualquier posible sesgo. Se probaron moscas en campos magnéticos de 0, 90, 220 y 300 µT, con un número igual de controles simulados, usando las mismas bobinas Merritt en la misma cámara blindada que antes, rastreando el movimiento de cada mosca individual en cinco pruebas separadas (Extended Data Figura 9).

a, Esquema del aparato en el que se probaron individualmente las moscas CS-LE. Las moscas fueron expuestas a un pulso de vacío que las atrajo hacia el fondo de los tubos, después de lo cual comenzaron a ascender. Las flechas representan el efecto del pulso de vacío. b, Se rastrearon y representaron los movimientos de las moscas individuales como la distancia media ascendida en función del tiempo. Las líneas gruesas representan el comportamiento medio de 53 moscas en condiciones simuladas y 49 moscas en un campo magnético de 300 µT, todo en presencia de luz azul (410–490 nm). No hubo diferencias significativas entre las condiciones expuestas y simuladas: análisis de varianza (ANOVA) del efecto mixto lineal (LME), P = 0,9968. c, control positivo para exposición a la luz; Se probaron 308 moscas bajo luz azul ultravioleta (380-450 nm), 208 moscas bajo luz azul y 199 moscas bajo luz roja (580-660 nm). En promedio, las moscas expuestas a la luz ultravioleta azul y azul treparon más rápido que aquellas bajo luz roja: ANOVA de LME, P <0,0001; Azul UV versus rojo, P < 0,0001; azul versus rojo, P <0,0001. d, Control positivo para geotaxis negativa; Se probaron 208 moscas Canton-S y 82 pdf01 bajo luz azul. En promedio, las moscas Canton-S ascendieron más rápido que las moscas pdf01: ANOVA de LME, P <0,0001. b – d, datos mostrados como media (líneas gruesas) y media ± sd (líneas finas).

Probamos moscas individuales bajo luz ultravioleta azul (380-450 nm), azul (410-490 nm) y roja (580-660 nm) y comparamos moscas de tipo salvaje con un mutante, pdf01, que se sabe que tiene una geotaxis negativa. deficiencia35,36. Como se esperaba, las moscas Canton-S (CS-LE) treparon más rápido bajo luz ultravioleta azul y azul que bajo luz roja y más rápido que las moscas pdf01 bajo luz azul (Fig. 4c, d). Aunque estos experimentos de control positivo produjeron resultados similares a los del estudio original, después de probar 1960 moscas individualmente, no encontramos ningún efecto de campo magnético independientemente de la tensión, la longitud de onda o la intensidad del campo magnético de Drosophila (Fig. 4b, Figs. 13-15 complementarias y Fig. 13-15 suplementaria). Tabla 11). A diferencia de los experimentos originales de Fedele et al.9, nuestros experimentos se realizaron en una instalación de investigación completamente no magnética29 en la que se podían controlar meticulosamente los campos magnéticos estáticos y dependientes del tiempo (Datos ampliados, Fig. 10), con campos magnéticos mucho más grandes. tamaños de muestra y con todos los experimentos cuidadosamente cegados.

Aunque se han observado in vitro los efectos del campo magnético de militesla sobre el criptocromo purificado de Drosophila37, la sensibilidad magnética de una proteína no es prueba suficiente de la detección magnética en todo el organismo. Para demostrar esto, se necesitaría una prueba ampliamente reproducible que mostrara un comportamiento guiado magnéticamente, especialmente porque Drosophila no tiene una necesidad obvia de una brújula magnética, ya que no es un verdadero migrante ni un recolector de alimentos en un lugar central38. Aunque Drosophila participa en una dispersión de largo alcance asistida por el viento, no hay evidencia convincente de que exhiba migraciones de largo alcance regulares, estacionalmente invertidas, en direcciones geográficas específicas39,40.

Después de haber probado un total de 108.609 Drosophila de diferentes cepas durante un período de 6 años en condiciones controladas extremadamente cuidadosamente, haber visto resultados claros en los experimentos de control positivo y haber empleado análisis estadísticos sólidos, llegamos a la conclusión de que (1) Drosophila no tiene ninguna preferencia ingenua. a favor o en contra de un campo magnético y no se puede entrenar para asociar una recompensa de sacarosa con un campo magnético utilizando los protocolos de Gegear et al.6,7 y Foley et al.8; y (2) que la geotaxis negativa de Drosophila no se ve afectada por campos magnéticos externos cuando se utiliza el protocolo de Fedele et al.9 Somos conscientes de que existen otros informes sobre los efectos del campo magnético en el comportamiento de Drosophila que no hemos intentado replicar (por ejemplo, , referencias 10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23). Sin embargo, (1) estos estudios comparten características de Gegear et al.6,7, Foley et al.8 y Fedele et al.9; (2) involucraron tamaños de muestra mucho más pequeños que los utilizados aquí; y (3) los entornos magnéticos estáticos y dependientes del tiempo no se controlaron tan meticulosamente como en nuestros experimentos. Teniendo en cuenta nuestro esfuerzo de replicación a gran escala, dudamos seriamente de que Drosophila pueda detectar campos magnéticos de intensidad cercana a la Tierra (por debajo de 500 μT) y, por lo tanto, sugerimos firmemente que los pájaros cantores migratorios nocturnos siguen siendo el organismo elegido para dilucidar el mecanismo de la luz. Magnetorrecepción dependiente.

Todos los experimentos se llevaron a cabo en una de las cámaras del laboratorio blindado electromagnéticamente de la Universidad de Oldenburg (descrito en detalle en la referencia 29). El edificio se construyó con materiales no magnéticos y cada una de las tres salas estaba individualmente protegida electromagnéticamente (S101, ETS Lindgren) con factores de atenuación de 105 a 10 kHz y mejores que 106 en frecuencias superiores a 150 kHz. El campo geomagnético atraviesa el blindaje de aluminio sin deformarse.

Las cepas de Drosophila se criaron en viales de cultivo con maíz estándar. Los genotipos de las moscas analizadas fueron Canton-S (denominada CS-OX), w;Canton-S (denominada CS-LE), pdf01, Canton-S M, w1118 y w1118GR. La línea CS-OX fue proporcionada por S. Waddell (Centro de Comportamiento y Circuitos Neurales, Universidad de Oxford, Reino Unido); CS-LE y pdf01 de CP Kyriacou (Departamento de Genética, Universidad de Leicester, Reino Unido); y Canton-S M, w1118 y w1118GR de EMC Skoulakis (Centro de Investigación de Ciencias Biomédicas Alexander Fleming, Vari, Grecia).

Los viales se mantuvieron a 25 °C en incubadoras en las que se mantuvo un régimen de luz/oscuridad de 12/12 h. La luz se encendió a las 08.00 horas. Los experimentos se realizaron a 25 °C.

El laberinto en T de elección binaria era una réplica exacta del utilizado por Gegear et al.6, construido íntegramente con materiales no magnéticos según un plano proporcionado por SM Reppert (Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts, EE. UU.). El aparato constaba de dos bobinas de campo magnético de doble envoltura (100 mm de diámetro) y una construcción de poli(metacrilato de metilo) que incluía un ascensor para transportar las moscas entre los tubos de entrenamiento y de prueba. Los tubos estaban hechos de poliestireno (100 mm de longitud, 14 mm de diámetro interior, 16 mm de diámetro exterior) con fondos redondeados. Este aparato podría colocarse con el tubo de entrenamiento apuntando hacia una de las bobinas o con un tubo de prueba dentro de cada bobina para que las moscas pudieran exponerse a los mismos estímulos luminosos y magnéticos durante las fases de entrenamiento y prueba del experimento. El aparato del laberinto en T y las bobinas se colocaron dentro de una caja de madera con las paredes interiores pintadas de negro para minimizar las señales visuales. La caja estaba iluminada por dos tiras de luz, una Zoo Med Reptisun 10.0 UVB, 18 W y una JBL FullspectrumNatur, 18 W. Las luces se colocaron directamente encima del aparato T-maze, a 44 cm de los tubos. Los experimentos se realizaron en condiciones expuestas (corrientes que fluyen en paralelo a través de una bobina y antiparalelas en la otra) o simuladas (sin corriente en ninguna de las bobinas). En la figura 1 de datos ampliados se muestra una fotografía de la configuración.

El procedimiento experimental siguió el de Gegear et al.6. Consistió en tres fases de 2 minutos (aclimatación, entrenamiento y prueba) con un descanso de 1 minuto entre ellas. La fase de aclimatación permitió que las moscas se familiarizaran con el aparato. Se cargaron aproximadamente 100 moscas en un tubo vacío conectado al aparato, con el tubo apuntando hacia una de las bobinas por la que no fluía corriente. Después de 2 minutos de aclimatación, las moscas se transfirieron al elevador y se mantuvieron allí durante 1 minuto.

El tubo de aclimatación fue reemplazado por un tubo de entrenamiento que contenía el refuerzo de sacarosa. Durante la fase de entrenamiento, las moscas pudieron alimentarse durante 2 minutos mientras estaban expuestas a un campo magnético con una intensidad de aproximadamente 500 µT en el extremo del tubo. Luego, las moscas se transfirieron cuidadosamente al ascensor y se mantuvieron allí durante 1 minuto. Luego se desconectaron las bobinas para que las moscas quedaran expuestas únicamente al campo magnético de la Tierra. Durante este tiempo se retiró el tubo de entrenamiento y se conectaron dos tubos vacíos al ascensor, formando así el laberinto en T para el período de prueba.

En la fase de prueba, las moscas pudieron elegir entre dos tubos, uno de los cuales proporcionaba un campo magnético de aproximadamente 500 µT. Se abrió la corredera del ascensor y al mismo tiempo se encendió el campo magnético. Después de 2 minutos, se bloqueó el laberinto en T invirtiendo el control deslizante para poder contar las moscas en cada tubo. Como se informó en el estudio original6, las moscas sin tratamiento previo se probaron utilizando un protocolo diferente (sin tratamiento previo-1 en la Fig. 1). Se cargó un conjunto de alrededor de 100 moscas directamente en la sección elevadora de la cámara de elección colocada horizontalmente y se encendió el campo magnético. Las moscas se transfirieron al puerto T después de 1 minuto y se mantuvieron allí durante 2 minutos más. Además, probamos las moscas nuevamente en la condición ingenua, solo que esta vez seguimos exactamente el mismo protocolo utilizado para las entrenadas, excepto que el tubo de entrenamiento contenía un trozo de papel de filtro Whatman pero no sacarosa (ingenuo-2 en la Fig. 1). .

Se utilizaron moscas machos y hembras de hasta 5 días de edad. Las moscas se mataron de hambre durante 22 h antes de la prueba y se les proporcionó una solución de agar al 1% dentro de los viales. La recompensa consistió en un papel de filtro Whatman seco que previamente había sido empapado en una solución saturada de sacarosa.

Todos los experimentos se realizaron con el experimentador ciego a las condiciones magnéticas (expuesto versus simulado y campo magnético en el brazo izquierdo versus derecho del laberinto).

Como control positivo, probamos la capacidad de las moscas para asociar un olor (octan-3-ol (OCT) o 4-metilciclohexanol (MCH)) con la recompensa de sacarosa utilizando protocolos similares a los de los experimentos de acondicionamiento magnético.

Un total de 100 a 150 moscas, de hasta 5 días de edad, se mataron de hambre durante 18 a 24 h en un vial que contenía una capa de agar al 1% y un trozo de papel de filtro seco. OCT y MCH se diluyeron 1:1.000 en aceite mineral. La recompensa de sacarosa fue una solución de sacarosa de 2 g ml-1 secada durante la noche sobre un papel de filtro de manera que se formó una capa uniforme de azúcar cristalizado.

En nuestro procedimiento de entrenamiento de discriminación de dos olores, a las moscas se les dio la oportunidad de alimentarse de la solución de sacarosa (estímulo incondicionado) en asociación con el olor que se convertiría en el estímulo condicionado reforzado (CS+), mientras que el otro olor, combinado con un trozo vacío de papel de filtro, se convertiría en un estímulo no reforzado (CS-). En detalle, las moscas fueron expuestas primero durante 2 min al olor CS- presentado con un papel de filtro seco, seguido de un descanso de 30 s, luego se transfirieron a otro tubo con un papel de filtro impregnado con azúcar seco y se les presentó el olor CS+ durante 2 minutos. Después de este entrenamiento, fueron transportados en un ascensor hasta el punto de elección en el laberinto T, donde se les dio 2 minutos para elegir entre los dos olores presentados durante el entrenamiento. Se bombeó un olor diferente (OCT versus MCH) en cada brazo. Si las moscas hubieran aprendido a asociar el olor CS+ con la recompensa de sacarosa, elegirían el brazo con ese olor presentado. Para cada experimento, se ejecutaron dos laberintos en T simultáneamente. En uno, las moscas habían sido entrenadas para asociar OCT con la recompensa de sacarosa y, en el otro, MCH (Datos ampliados, figura 2). Después de cada experimento, se cambia el olor de CS+ en cada laberinto T (es decir, si en la máquina de la izquierda el CS+ era OCT, fue reemplazado por MCH en la repetición, y viceversa).

Estos experimentos fueron realizados por M. Bassetto en el laboratorio de S. Waddell (Centro de Circuitos Neurales y Comportamiento, Universidad de Oxford). Estamos muy agradecidos con él y con los miembros de su grupo de investigación por sus consejos y orientación.

Todos los análisis estadísticos se realizaron en R (https://www.r-project.org/). Evaluamos los datos de elección binaria del laberinto T siguiendo el procedimiento informado por Gegear et al.6 Para cada conjunto de moscas (alrededor de 100 cada uno) se calculó un índice de preferencia (PI = 2PM – 1), donde PM es la proporción de moscas. en el brazo del laberinto con el campo magnético. Inicialmente analizamos los datos utilizando el enfoque informado en Gegear et al.6 (prueba t y ANOVA). Luego volvimos a analizar los datos aplicando un modelo lineal general con una estructura de error binomial apropiada para datos proporcionales41. El tamaño del efecto de Cohen, h, se calculó para estimar el tamaño de muestra requerido para alcanzar el umbral de significancia de P <0,05 para un tamaño del efecto determinado. Para obtener detalles sobre los análisis utilizados, consulte la Información complementaria 1.1.

CP Kyriacou puso a disposición el aparato original utilizado por Fedele et al.9. Consistía en una caja de aluminio que contenía dos bobinas de doble envoltura con 50 devanados, cada una capaz de producir un campo magnético de aproximadamente 300 o 500 µT. Las moscas fueron derribadas hasta el fondo de los viales de plástico mediante un "aparato oscilante", que garantizaba que los viales se movieran simultáneamente y con la misma fuerza. Los experimentos se filmaron con una cámara de infrarrojos (Logitech). Las moscas se probaron bajo una tenue luz azul o roja producida por tiras de LED. Las luces tenían una intensidad de 0,25 μW cm-2 medida en la superficie del tubo (Datos ampliados, figura 3).

Se cargaron diez moscas de 2 a 3 días de edad en viales de plástico, que se colocaron en el aparato oscilante. Se probaron tres viales simultáneamente. Las moscas fueron arrojadas al fondo de los viales y aquellas que lograron alcanzar una altura de 15 cm en 15 s se consideraron trepadoras. Cada tubo se probó diez veces, con 30 s entre repeticiones. Después de las primeras cinco pruebas, se permitió que las moscas descansaran durante 15 minutos, después de lo cual se las probó cinco veces más. Se aleatorizó el orden en que se probaron las condiciones simuladas y expuestas. Para la condición simulada, fluyeron corrientes antiparalelas en ambas bobinas de doble envoltura.

También se estudió la geotaxis negativa utilizando una disposición experimental diseñada para parecerse a la de Fedele et al.9 Como se muestra en la figura 4 de datos ampliados, tres tubos cilíndricos de poli(metacrilato de metilo) (longitud 200 mm, diámetro interior 20 mm, diámetro exterior 25 mm) ) se montaron sobre un soporte construido con materiales no magnéticos. El soporte se podía levantar manualmente 6 cm, mediante una manija, y luego soltarlo para derribar las moscas hasta la base de los tubos. Una fina capa de goma debajo de los tubos actuaba como amortiguador para reducir el retroceso. El aparato estaba fabricado íntegramente de Delrin y poli(metacrilato de metilo) para evitar cualquier distorsión del campo magnético aplicado. Fue construido en el taller mecánico del Departamento de Química de la Universidad de Oxford.

La dependencia de la longitud de onda de la capacidad de las moscas para trepar se investigó iluminando uniformemente los tubos utilizando uno de los tres conjuntos de LED especialmente diseñados: azul UV (380-450 nm, LED ultravioleta LUXEON Z LHUV-0405-0600), azul (410−490 nm, LXZ1-PR01 LED LUXEON Z azul real) o rojo (580−660 nm, LXZ1-PD02 LED LUXEON Z rojo). Cada placa de matriz tenía 20 LED separados entre sí por 45 mm. Los conjuntos se construyeron en el taller de electrónica del Departamento de Química de la Universidad de Oxford. Las placas LED se alimentaron con corriente continua mediante una fuente de alimentación (Manson SPS 9400). Las distribuciones espectrales de los tres tipos de diodos en el rango de 300 a 700 nm se midieron utilizando un espectrómetro Maya2000 Pro (Ocean Optics) con un tiempo de integración de 100 ms. Se realizaron mediciones tanto delante como detrás de los tubos para comprobar la absorción diferencial en diferentes longitudes de onda. Aparte de una pequeña atenuación independiente de la longitud de onda, probablemente debida a la dispersión de la luz, no se detectó ninguna diferencia. La luz incidente sobre los tubos fue de aproximadamente 0,25 µW cm-2 y, por lo tanto, comparable a la utilizada por Fedele et al.9 (Datos ampliados, figura 5).

Las moscas se filmaron utilizando una cámara de vídeo infrarroja (Thorlabs DCC1645C) a diez fotogramas s-1. Se colocó un filtro de infrarrojos (filtro Schott RG 780, 50 × 50 mm2) frente a la cámara y los tubos se retroiluminaron con una placa de LED infrarrojos especialmente diseñada (850 nm o superior; L1IZ-0850000000000 LED infrarrojo LUXEON IR). La placa de LED tenía 20 LED separados entre sí por 45 mm. En los vídeos las moscas aparecían negras sobre un fondo blanco.

Como control adicional instalamos un sensor magnético (SparkFun Triple Axis Magnetometer Breakout HMC588L), un sensor de luz (Adafruit TSL2591 High Dynamic Range Digital Light Sensor) y un sensor de temperatura (Maxim Integrated DS18B20). Estos fueron controlados por un sistema de adquisición de datos basado en Arduino con la placa Arduino encerrada en una caja blindada eléctricamente. Los sensores se colocaron en un cubo de poli(metacrilato de metilo) situado cerca de los tubos, fuera de la vista de la cámara. Durante los experimentos de comportamiento, los tres sensores tomaron muestras a 1 Hz para comprobar la constancia de las condiciones ambientales y proporcionar información sobre el funcionamiento adecuado del equipo de exposición al campo magnético, sin mostrar las condiciones de exposición al experimentador. La configuración de gravedad, los paneles LED y los sensores también se colocaron dentro del sistema tridimensional de cuatro bobinas Merritt de doble envoltura.

Un programa LabVIEW permitió el control de la cámara y los sensores. La información registrada por el sensor de campo magnético se cifró y se mostró solo después de completar el análisis de datos. De esta manera, el experimentador estaba ciego a las condiciones del campo magnético. Se utilizó un servidor de protocolo de control de transmisión/protocolo de Internet programado en MATLAB para sincronizar la adquisición de datos en la computadora portátil (dentro de la habitación blindada) con la computadora de escritorio (fuera de la habitación) que controlaba las bobinas Merritt. La sincronización se verificó de forma independiente utilizando el campo magnético registrado por el sensor HMC588L. Por lo tanto, aunque ocultos al experimentador, los ajustes de exposición siempre fueron rastreables. En la Fig. 3a se muestra un esquema de la configuración.

Se cargaron suavemente diez moscas en cada uno de los tres tubos y se las dejó reposar durante al menos 5 minutos antes de sujetar los tubos al soporte. Después de un descanso de 5 minutos, las moscas fueron preexpuestas a la luz y al estímulo magnético durante 120 s. En cada experimento, el soporte se levantó y soltó cinco veces en rápida sucesión para lanzar las moscas a la base de los tubos, tras lo cual se filmaron. Esto se repitió cuatro veces a intervalos de 30 s para dar un total de cinco ensayos. Después de cada serie de cinco mediciones, los tubos se lavaron con una solución de etanol al 70%. Cada grupo de moscas fue probado bajo una única condición magnética, ya sea simulada o expuesta, dependiendo de la dirección de las corrientes a través de los devanados de las bobinas de Merritt.

Sólo se probaron moscas macho (de 1 a 3 días de edad). Estos se recolectaron al menos 24 h antes de los experimentos después de ser anestesiados en hielo y se mantuvieron en incubadoras hasta el momento de la prueba. Las pruebas se realizaron entre las 13.00 y las 17.00 horas. Se utilizaron cuatro intensidades de campo magnético: 0, 90, 220 y 300 µT. Para cada campo magnético se realizó una prueba simulada (con corrientes antiparalelas a través de los devanados de la bobina). Por tanto, un único conjunto de experimentos comprendía ocho condiciones magnéticas distintas. Cada conjunto de experimentos se repitió cinco veces, dando un tamaño de muestra total de 15 réplicas biológicas independientes por condición. En cada serie de experimentos, el orden de las condiciones simuladas y expuestas fue aleatorio y ciego, de modo que al experimentador le resultó imposible conocer las condiciones del campo magnético experimentado por las moscas.

Cada experimento se grabó con una resolución de 1280 × 1024 píxeles y los videos se analizaron y rastrearon. Todos los vídeos se editaron primero con Fiji (http://fiji.sc/Fiji; ref. 42) para producir imágenes de alto contraste en las que fuera más fácil detectar las moscas dentro de los tubos. Corregimos la gamma (valor, 0,45) y enfocamos la imagen (máscara de enfoque-radio sigma, 1,0; peso de la máscara, 0,93).

Las moscas en los tubos se rastrearon utilizando un script MATLAB para registrar sus posiciones en cada cuadro. Para ello se calculó a partir de toda la grabación una imagen de fondo representativa (es decir, una imagen fija del aparato de exposición sin moscas). Esto se logró en un proceso de dos pasos. En el primer paso se calculó la media aritmética de todos los fotogramas grabados. En una segunda iteración, se calculó un valor de fondo refinado para cada píxel individualmente considerando solo aquellos cuadros para los cuales la intensidad de los píxeles no estuvo por debajo del promedio de la primera iteración en más del 20% (presumiblemente debido a la presencia de una mosca). . Los píxeles con contribuciones de menos fotogramas que los correspondientes a la duración total de la grabación no se consideraron fiables. En cambio, estos píxeles se completaron a partir de píxeles vecinos según la media móvil con un tamaño de ventana de diez píxeles. La imagen así obtenida se complicó con un gaussiano bidimensional con desviaciones estándar de un píxel para obtener una representación fiel y suavizada del fondo: la escena sin moscas. Para el seguimiento, se escaló linealmente la intensidad de cada cuadro para que coincidiera con la imagen de fondo en varias regiones inaccesibles para las moscas: entre los tubos. Luego, la imagen escalada se sustrajo del fondo para obtener una representación en bruto de moscas en movimiento como píxeles brillantes sobre un fondo oscuro. Esta imagen en bruto fue sometida a una apertura morfológica utilizando como elemento estructurante un disco de tamaño comparable al de las moscas. Las dimensiones del disco se delimitaron de la siguiente manera: eje mayor entre cuatro y 20 píxeles, eje menor entre tres y 20 píxeles, superficie del disco entre ocho y 200 píxeles. La binarización con un umbral adecuado, seguida de la eliminación de pequeñas regiones conectadas, produjo una representación de las moscas como regiones blancas sobre un fondo negro. Se calcularon el centroide, el área y los ejes semimayor y semimenor de estas regiones. Siempre que las medidas geométricas se ajustaran al rango esperado, se registró el centroide para análisis posteriores. Las regiones que no cumplieron con estos criterios fueron descartadas (Datos ampliados, figura 6).

Para comprobar la fiabilidad del programa de seguimiento en el ensayo del aparato de gravedad, se eligieron tres vídeos aleatorios y se contó visualmente el número de moscas en cada tubo cada cinco fotogramas (es decir, cada 0,5 s). La falta de resolución adecuada en los primeros 4 segundos de cada video se debe principalmente a la dificultad para rastrear moscas individuales cuando están cerca unas de otras, y también a los reflejos de las moscas en la superficie de plástico del tubo (Datos ampliados, Fig. 7). ). Todos estos problemas se resolvieron una vez que las moscas se probaron y rastrearon individualmente en el aparato FlyVac (consulte la sección de Métodos 'Ensayo FlyVac').

En el aparato de gravedad, todos los cuadros que detectaron más de diez moscas fueron excluidos del análisis estadístico y considerados falsos positivos. En la configuración FlyVac, se descartaron los datos de cualquier mosca que no fuera succionada hasta el fondo por los cinco pulsos de vacío, o que no mostrara movilidad en las cinco pruebas.

En cada experimento se probaron tres tubos que contenían diez moscas cada uno en cinco ensayos consecutivos, 30 s por ensayo. Antes de cada prueba, se golpearon manualmente las moscas en la mesa cinco veces para tirarlas al fondo. Este experimento se repitió con moscas nuevas para cada tratamiento de campo magnético (cuatro condiciones de campo magnético más cuatro simulaciones correspondientes equivalen a ocho tratamientos). Cada conjunto constaba de ocho tratamientos y se replicó cinco veces.

Todos los análisis estadísticos se realizaron en R. Para garantizar una replicación correcta del estudio original, adoptamos la prueba estadística utilizada en Fedele et al.9 Inicialmente evaluamos el comportamiento de escalada como el porcentaje de moscas que treparon 15 cm en 15 s y comparamos esta proporción de escaladores entre grupos experimentales con ANOVA de mediciones repetidas. Para asegurarnos de no pasar por alto un posible efecto, analizamos adicionalmente la diferencia en la tasa de escalada de las moscas durante todo el período de la prueba en lugar de solo a los 15 s. Aplicamos un modelo mixto lineal generalizado para tener en cuenta la estructura de error binomial de nuestros datos (índices de escalada) y las mediciones repetidas (cuadros de video consecutivos). La parte aleatoria del modelo fue (1|id) + (1|trial/frame), donde 'id' es único para cada mosca. Luego se utilizó ANOVA (del paquete 'automóvil') para estimar los valores F y P para el factor 'Exposición':

Para analizar más a fondo el comportamiento de la geotaxis negativa, estimamos la posición real de las moscas durante las pruebas. Debido a que era imposible rastrear cada mosca independientemente de las demás, promediamos la posición de diez moscas por cuadro de video (0,1 s) y luego aplicamos un modelo LME para analizar los efectos de ambas condiciones del campo magnético (0, 90, 220 o 300 µT) y la exposición (simulada versus expuesta), así como los de la interacción de estos dos factores en la distribución promedio de las moscas a lo largo del tiempo. La parte aleatoria del modelo fue (1|ID) + (1|ensayo/marco), donde 'ID' es única para cada réplica biológica independiente (tubo con moscas):

El modelo LME de la misma estructura también se aplicó a cada conjunto independiente de experimentos, que consta de ocho tratamientos experimentales (cuatro condiciones de campo magnético × dos exposiciones).

Luego se utilizó ANOVA para estimar los valores F y P para cada uno de los tres factores (condición, exposición y exposición:condición) en cada modelo LME.

El aparato FlyVac (inspirado en Kain et al.34) construido para estudiar la geotaxis negativa de Drosophila constaba de cuatro tubos cilíndricos verticales de poliestireno (longitud 200 mm, diámetro interior 5 mm, diámetro exterior 6 mm). Cada tubo se cerró en la parte superior mediante una pequeña tapa con orificios para el aire y se conectó en su base a una bomba de vacío mediante una válvula solenoide. Cada tubo contenía una mosca. Cuando se abrió la válvula, el vórtice de aire arrastró las moscas de forma rápida y segura al fondo de los tubos. Al cerrar la válvula después de 3 s, las moscas comenzaron a trepar dentro de los tubos. Las conexiones entre el fondo de cada tubo y el sistema de vacío se imprimieron estereolitográficamente utilizando resina epoxi, para evitar cualquier distorsión del campo magnético local. La válvula solenoide (SMC VT 307v-50Z1-01F-Q) se conectó a la bomba de vacío (Vacuubrand, ME4CNT) a través de un tanque (con un volumen aproximado de 30 l para garantizar que las moscas estuvieran sujetas a una reducción de presión reproducible.

El experimento utilizó los mismos paneles LED, sensores, cámara, computadora portátil y programa LabVIEW que en los experimentos de gravedad. El experimento fue completamente automatizado para eliminar cualquier posible artefacto debido a la interacción humana. Como en el experimento anterior, la cámara y los sensores se conectaron a una computadora portátil mediante cables USB. La válvula solenoide estaba conectada y controlada por un relé (Módulo de relé USB de cuatro canales, Numato Lab), que estaba conectado a la computadora portátil mediante un cable USB. La computadora portátil controlaba la cámara, los sensores y el relé. La computadora portátil y el relé se colocaron en una caja de aluminio conectada a tierra dentro de la habitación blindada, lo más lejos posible de las bobinas (Datos ampliados, Fig. 8).

Los experimentos preliminares de FlyVac se realizaron en el Centro de Comportamiento y Circuitos Neurales de la Universidad de Oxford bajo la dirección de S. Waddell, a quien agradecemos por su amplio asesoramiento e instalaciones de laboratorio, además de los técnicos del taller CNCB que diseñaron y construyeron el aparato. .

Se transfirió una sola mosca a cada una de las cuatro trampas FlyVac (formadas por la base y el tubo de plástico), donde descansaron durante 120 s antes de que las trampas FlyVac se conectaran al aparato dentro de la cámara protegida. Luego, las moscas fueron preexpuestas durante 120 s al campo magnético y a las condiciones de luz en las que serían probadas. A intervalos de 30 s, las moscas fueron succionadas hasta la base con un pulso de vacío de 3 s; esto se repitió otras cuatro veces para dar un total de cinco ensayos. Cada mosca fue probada bajo una única condición magnética. Todos los experimentos fueron filmados y rastreados como se describe en la Sección de Métodos 'Análisis de video de geotaxis negativa' (Datos ampliados, Fig. 9). Después de cada experimento, los tubos se lavaron con una solución de etanol al 70%.

El género de las moscas, el mantenimiento y la recolección, el tiempo diario de los experimentos, las condiciones del campo magnético, el cegamiento y la aleatorización de los experimentos fueron los mismos que se describen en la sección "Ensayo de geotaxis negativa y gravedad".

En cada experimento, se probaron cuatro tubos que contenían una mosca cada uno en cinco pruebas consecutivas, 30 s por prueba. Antes de cada prueba, las moscas fueron succionadas hasta el fondo del tubo mediante un pulso de vacío de 3 s. Este experimento se repitió con moscas nuevas para cada tratamiento de campo magnético (cuatro condiciones de campo magnético más cuatro simulaciones correspondientes, con un total de ocho tratamientos). Por cada tratamiento con campo magnético se probaron aproximadamente 50 moscas. El comportamiento de ascenso de moscas individuales en la configuración FlyVac se analizó como la posición absoluta de esas moscas a lo largo del tiempo. Aplicamos un LME de la misma estructura que para los datos de configuración de gravedad, seguido de ANOVA para probar el efecto de diferentes tratamientos de campo magnético. Para el control positivo del comportamiento de escalada en sí incluimos el factor 'genotipo'/'condición de luz' en la parte fija del modelo.

Los campos magnéticos estáticos en todos los experimentos de geotaxis negativa fueron generados por un sistema Merritt de cuatro bobinas tridimensional de doble envoltura de dimensiones 2 × 2 × 2 m3 (ref. 29). Los experimentos se realizaron en el centro de las bobinas, donde la homogeneidad del campo fue superior al 99% (ref. 43). Las corrientes en las bobinas pasaban a través de subconjuntos de devanados en dirección paralela o antiparalela. Cuando las corrientes eran antiparalelas, las moscas experimentaron el campo geomagnético normal de Oldenburg (53,152437° N, 8,164159° E) (exposición simulada, intensidad de 48,3 µT, inclinación de 67,7°). Cuando las corrientes corrían en paralelo, las moscas quedaban expuestas a cuatro campos magnéticos de intensidad total variable: 0, 90, 220 y 300 µT (que era el campo más alto que se podía producir sin riesgo de dañar las bobinas). Aparte de los experimentos de 220 µT, en los que el campo magnético se aplicó en el plano horizontal (para imitar las condiciones del informe original9), el campo magnético se aplicó en el eje vertical (z).

En el ensayo del laberinto en T, el campo magnético aplicado se midió utilizando un gaussímetro FW Bell (modelo 5170) con una sonda estándar de 4 pulgadas (STH17-0404). En el caso de corrientes antiparalelas no se detectó ninguna desviación mensurable del campo geomagnético.

En ensayos de geotaxis negativa, los campos magnéticos se midieron con un magnetómetro vectorial FVM 400 (Meda; para campos inferiores a 100 µT) o un gaussímetro DSP modelo 475 (Lake Shore Cryotronics; para campos más fuertes). Para campos por debajo de 100 µT fue posible medir los componentes x, y y z, mientras que para campos superiores solo se pudo medir la intensidad total.

Los espectros de los campos electromagnéticos en las inmediaciones del aparato de comportamiento se midieron cuando todos los componentes electrónicos estaban apagados (como control) y durante una prueba experimental (cuando todo el equipo estaba funcionando), utilizando un analizador de señales (Rohde y Schwarz, FSV 3 Analizador de Señal y Espectro, 10 Hz–3,6 GHz). Los componentes magnéticos se midieron utilizando una antena de bucle activo calibrada (Schwarzbeck Mess-Electronik, HFS 1546) entre 150 kHz y 10 MHz. Los componentes eléctricos se midieron utilizando una antena bicónica activa calibrada (Schwarzbeck Mess-Electronik, EFS 9218), entre 9 kHz y 10 MHz, como se describe en Engels et al.26 (Datos extendidos Fig. 10a,b,d).

El blindaje electromagnético de la sala en la que se realizaron todos los experimentos excluyó de manera muy efectiva los campos antropogénicos dependientes del tiempo, con factores de atenuación de 105 a 10 kHz y superiores a 106 en frecuencias superiores a 150 kHz. Para comprobar si la ausencia de este ruido electromagnético de fondo afectaba la capacidad de las moscas para responder a campos magnéticos estáticos, en un experimento introdujimos ruido electromagnético de banda ancha en un rango de aproximadamente 2 kHz a aproximadamente 10 MHz (20 V pico a pico, 7 Vrms, 13 nT de campo total rms) mediante una antena de bucle pasivo (antenas ETS Lindgren EMCO, modelo 6511, 20 Hz–5 MHz) colocada cerca del aparato de gravedad (Datos ampliados, Fig. 10c). Como se describe en Schwarze et al.29, la antena fue accionada por un generador de señales RIGOL, DG1022.

Más información sobre el diseño de la investigación está disponible en el Resumen del informe de Nature Portfolio vinculado a este artículo.

Todos los datos fuente están disponibles en https://doi.org/10.17605/OSF.IO/HZ98Q.

Todos los códigos utilizados para el análisis de datos (en R) están disponibles en https://doi.org/10.17605/OSF.IO/HZ98Q.

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Kirschvink, JL Campos magnéticos uniformes y sistemas de bobina de doble envoltura: técnicas mejoradas para el diseño de experimentos bioelectromagnéticos. Bioelectromagnética 13, 401–411 (1992).

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Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (Comando de Material de la Fuerza Aérea, premio de la USAF no. FA9550-14-1-0095, para PJH y HM); el Consejo Europeo de Investigación (en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea, acuerdo de subvención nº 810002, Synergy Grant 'QuantumBirds', a PJH y HM); la Oficina de Investigación Naval Global (premio n.° N62909-19-1-2045, a PJH); Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 1372, 'Magnetorecepción y navegación en vertebrados', proyecto nº 395940726, para HM, MW y PJH y GRK 1885, 'Base molecular de la biología sensorial' para HM y MW). Agradecemos a B. Kyriacou (Departamento de Genética, Universidad de Leicester, Reino Unido), E. Skoulakis (Centro de Investigación de Ciencias Biomédicas Alexander Fleming, Vari, Grecia), S. Reppert (Departamento de Neurobiología, Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts, EE. UU.) y S. Waddell (Departamento de Fisiología, Anatomía y Genética, Universidad de Oxford, Reino Unido) por su generoso apoyo, consejos, moscas, uso de instalaciones y uso compartido de equipos. Agradecemos a los talleres mecánicos y electrónicos de las Universidades de Oxford y Oldenburg por su ayuda en la construcción y reparación del equipo cuando fue necesario.

Estos autores contribuyeron igualmente: Marco Bassetto, Thomas Reichl

Laboratorio de Química Física y Teórica, Departamento de Química, Universidad de Oxford, Oxford, Reino Unido

Marco Bassetto y PJ Hore

AG Ciencias Neurosensoriales/Navegación Animal, Instituto de Biología y Ciencias Ambientales, Universidad Carl von Ossietzky de Oldenburg, Oldenburg, Alemania

Marco Bassetto, Thomas Reichl, Dmitry Kobylkov y Henrik Mouritsen

Centro de Ciencias de la Mente/Cerebro, Universidad de Trento, Rovereto, Italia

Dmitri Kobylkov

Living Systems Institute, Universidad de Exeter, Exeter, Reino Unido

Daniel R. Kattnig

Departamento de Física, Universidad de Exeter, Exeter, Reino Unido

Daniel R. Kattnig

AG Biología Sensorial de los Animales, Instituto de Biología y Ciencias Ambientales, Universidad Carl von Ossietzky de Oldenburg, Oldenburg, Alemania

Michael Winklhofer

Centro de Investigación de Ciencias Neurosensoriales, Universidad de Oldenburg, Oldenburg, Alemania

Michael Winklhofer y Henrik Mouritsen

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HM y PJH concibieron el estudio. HM, PJH y MW supervisaron el estudio. MB, TR y DRK diseñaron y construyeron el equipo. MB y TR realizaron experimentos. DRK escribió el software utilizado para controlar los experimentos. MW volvió a analizar los datos originales6,9 y concibió el análisis estadístico utilizado aquí. MB, DK y MW analizaron los datos. MB escribió el primer borrador del manuscrito. PJH y HM produjeron la versión final con aportaciones de todos los autores.

Correspondencia a PJ Hore o Henrik Mouritsen.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Nature agradece a Jason Chapman, Eric Warrant y los demás revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

1. Bobinas de doble bobinado. 2.Cables hacia y desde las bobinas. 3. Atornille manteniendo las bobinas en su posición. 4. Muesca que permitió mantener el ascensor del laberinto en T en posición horizontal durante la fase de pruebas. 5. La muesca rectangular inferior permitió que el elevador del laberinto en T se mantuviera en posición vertical durante la fase de entrenamiento. 6. Caja de madera negra.

Equipo utilizado para probar la capacidad de las moscas para asociar un olor con la recompensa de sacarosa utilizada en los experimentos de acondicionamiento magnético. En el laberinto en T de la izquierda, se entrenó a las moscas para que asociaran OCT con sacarosa (con MCH como EE. UU.). Viceversa en el laberinto en T de la derecha.

1. Caja de aluminio. 2. Bobinas de doble envoltura. 3. Aparato swinger. 4. Tiras de LED. 5. Cámara de infrarrojos. Esta misma configuración se utilizó tanto en la ref. 9 y por nosotros.

Se montaron tres tubos cilíndricos de poli(metacrilato de metilo) sobre un soporte que podía levantarse manualmente mediante un asa.

Espectros de emisión de los tres conjuntos de LED medidos delante (línea continua) y detrás (línea discontinua) de los tubos de plástico.

a. Fotograma de vídeo de uno de los experimentos en el aparato de gravedad. b. Representación visual de cómo el programa de seguimiento detectó las moscas en los tubos.

Se analizaron visualmente tres vídeos aleatorios y luego mediante el software de seguimiento. La línea continua muestra el número de moscas detectadas promediado en tres vídeos elegidos al azar con tres tubos por vídeo y diez moscas por tubo. Azul: contado a ojo. Negro: conteo automático. Las líneas discontinuas representan una desviación estándar a cada lado de la media.

Las corrientes en las bobinas fueron controladas por una computadora externa (1) mediante dos tarjetas de adquisición de datos (DAQ). El primero (National Instruments, USB-9263) conectaba la computadora a las fuentes de alimentación (2) (BOP 50-4M, Kepco Inc.) y controlaba las magnitudes de las corrientes en las bobinas. El segundo (National Instruments USB-6051) controlaba la caja de conmutación (3) responsable de las direcciones de las corrientes (paralelas o antiparalelas) a través de los devanados de cada bobina (4). En el esquema, la mayoría de las 12 bobinas se omitieron para mayor claridad. Una imagen de la cámara y las bobinas está disponible en Schwarze et al. 29 Un script de MATLAB controlaba las dos tarjetas DAQ (a) para proporcionar una salida analógica a la fuente de alimentación y (b) para cambiar la dirección de las corrientes a través de una salida digital. Otros componentes (descritos anteriormente): bomba de vacío (5), tanque de compensación (6), válvula solenoide (7), aparato FlyVac (8), relé (9) y una computadora portátil (10) que controlaba la válvula, sensores ( 11) y cámara de vídeo (12). Una placa de LED (13) iluminaba los tubos; el otro (14) proporcionó un fondo infrarrojo para la cámara de vídeo. Los componentes 7 a 14 se colocaron sobre una mesa en medio de las bobinas; Los componentes 5 y 6 se colocaron lo más lejos posible de las bobinas.

a. Fotograma de vídeo de uno de los experimentos en la configuración FlyVac. b. Representación visual de cómo el programa de seguimiento detectó las moscas en los tubos. Los diferentes colores mostraban los diferentes recorridos realizados por una sola mosca en las cinco repeticiones.

Línea azul: intensidad de campo promedio; Intensidad máxima de retención de línea roja. a. Los componentes magnéticos (izquierda) y eléctricos (derecha) de los campos dependientes del tiempo se midieron cuando se desconectaron las configuraciones de comportamiento. Estas mediciones se consideraron como líneas de base. b. Los componentes magnéticos (izquierda) y eléctricos (derecha) de los campos dependientes del tiempo se midieron cuando todos los dispositivos eléctricos del aparato de gravedad (placas LED, computadora portátil, cámara y sensores) estaban encendidos. C. Los componentes magnéticos (izquierda) y eléctricos (derecha) de los campos dependientes del tiempo se midieron cuando todos los dispositivos eléctricos del aparato de gravedad (placas LED, computadora portátil, cámara y sensores) se encendieron y se reintrodujo RF de banda ancha en la cámara experimental. d. Los componentes magnéticos (izquierda) y eléctricos (derecha) de los campos dependientes del tiempo se midieron cuando todos los dispositivos eléctricos FlyVac (placas LED, computadora portátil, cámara, sensores, bomba de vacío, válvula y relé) estaban encendidos.

El archivo de información complementaria tiene dos secciones principales (ensayo de laberinto en T y ensayo de geotaxis negativa) con referencias adicionales y contiene 15 figuras y 11 tablas que muestran resultados y estadísticas de mediciones de detección magnética.

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Reimpresiones y permisos

Bassetto, M., Reichl, T., Kobylkov, D. et al. No hay evidencia de efectos del campo magnético sobre el comportamiento de Drosophila. Naturaleza 620, 595–599 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06397-7

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Recibido: 14 de marzo de 2023

Aceptado: 03 de julio de 2023

Publicado: 09 de agosto de 2023

Fecha de emisión: 17 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06397-7

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