A cada ano, o programa de bolsas L'L'Oréal USA For Women in Science concede cinco prêmios de US$ 60.000 "para cultivar uma comunidade de pós-doutorado de mulheres, capacitando-as para persistirem em suas pesquisas, alcançarem papéis de liderança e se tornarem mentoras inspiradoras para as gerações de mulheres e meninas que seguirão seu caminho."

Este ano, Jessleen (Jess) Kanwal, pesquisadora associada de pós-doutorado no laboratório de Joe Parker, professor assistente de biologia e engenharia biológica e Chen Scholar, recebeu esta bolsa por seu trabalho com besouros errantes e seus planos para gerar interesse em campos STEM entre adolescentes por meio de oficinas de dança e neurociências. Recentemente conversamos com Kanwal sobre sua pesquisa na Caltech e como ela planeja usar seu prêmio.

Estou interessado em saber como os organismos combinam sinais através de modalidades sensoriais para distinguir o amigo do inimigo da comida. Como eles detectam o que é uma ameaça e então tomam decisões rápidas sobre se devem se defender ou fugir? Para responder a essas perguntas, estou trabalhando com pequenos insetos chamados besouros errantes. Eles têm apenas 2,5 milímetros de comprimento e meio milímetro de largura. Em última análise, quero saber como o sistema nervoso deles integra diferentes sinais sensoriais dos organismos com os quais interagem, transforma isso em informações sobre que tipo de animal eles estão enfrentando – seja predador, presa ou outro besouro errante – e então decide como. melhor responder.

Sou fascinado por insetos e cérebros desde que participei de uma divertida experiência de pesquisa de verão, quando era estudante de graduação. Acho incrível como os insetos percebem e navegam pelo mundo, as diversas maneiras como interagem entre si e os comportamentos que são capazes de realizar. O mundo parece, cheira e parece muito diferente para eles do que para nós. Mesmo sendo tão pequenos e vivenciando o ambiente em uma escala completamente diferente da nossa, eles são especialistas em encontrar comida, evitar perigos e se comunicar uns com os outros. Gostei de observar isso em primeira mão durante uma de minhas experiências de iniciação científica, onde tive a oportunidade de observar a dança das abelhas. É assim que eles dizem aos seus companheiros de colmeia onde está o melhor alimento. Ver insetos realizando comportamentos complexos, como a dança das abelhas, me fez pensar como seus minúsculos cérebros detectam, combinam e representam todas as informações sensoriais de que precisam para sobreviver.

Sim. Eles têm uma incrível glândula de defesa química em seu abdômen. Sempre que são atacados por predadores, eles flexionam o abdômen e espalham o conteúdo dessa glândula na ameaça. A glândula libera produtos químicos tóxicos que impedem os predadores de matá-los.

Sim, parcialmente. Ninguém jamais examinou o cérebro desses besouros. Estamos explorando seu sistema nervoso pela primeira vez e acreditamos que esse novo sistema será realmente esclarecedor para a compreensão da neurociência de como os insetos interagem com outras espécies. Outra razão pela qual estes besouros são tão fascinantes de estudar é que temos o potencial de explorar como o seu sistema nervoso evoluiu para permitir novas interações comportamentais entre espécies.

Atualmente, estamos examinando esta questão de duas maneiras. Primeiro, podemos aprender muito sobre o cérebro de um besouro errante através de observações comportamentais combinadas com manipulação genética de tipos de células neurais. Primeiro desenvolvemos arenas especiais em laboratório para quantificar o comportamento dos besouros. Por exemplo, numa arena, os besouros estão amarrados a uma bola flutuante – é como andar numa passadeira – e gradualmente apresentamos-lhes uma formiga predadora e observamos o que acontece. Com múltiplas câmeras ao redor do besouro, esses tipos de experimentos nos permitem um método de alta resolução, estereotipado e quantificável para examinar o comportamento do besouro durante interações com outras espécies. Também construímos arenas onde besouros errantes e outros insetos podem circular livremente em um ambiente 3D, e observamos como eles interagem. Passo muito do meu tempo no laboratório assistindo a um reality show cheio de ação sobre besouros. Está cheio de mistério sobre o que acontecerá quando o besouro encontrar outro organismo e quais sinais do ambiente são essenciais para desencadear sua resposta. Em seguida, usamos ferramentas genéticas para silenciar certos neurônios, como aqueles necessários para o cheiro do besouro, e observamos como isso altera sua capacidade de distinguir e interagir com outras espécies.

A segunda maneira pela qual investigamos o cérebro do besouro é mapeando a arquitetura do seu sistema nervoso. Isso deve ser feito sob um microscópio, é claro, porque eles são muito pequenos. Nos dias de dissecação, evitamos café ou chá porque mesmo o menor tremor nas mãos pode arruinar essas dissecações. Mas, ao fazer isso, podemos olhar para dentro do cérebro e do equivalente da medula espinhal para identificar a estrutura de regiões-chave que podem detectar e processar sinais sensoriais dos organismos com os quais interagem. Queremos mapear especialmente as áreas de olfato e paladar de seus cérebros porque suspeitamos que essas regiões sejam realmente importantes para a detecção de predadores e presas. Em última análise, planejamos usar ferramentas genéticas e indicadores de fluorescência para ler a atividade dos neurônios cerebrais dos besouros em resposta a sinais sensoriais de outras espécies. Isto permitir-nos-á ver quais sinais são mais salientes e como o cérebro codifica informações sobre outros organismos.

Fiquei intrigado com os besouros e atraído pela ciência que acontecia no laboratório de Joe. Depois de passar a pós-graduação estudando como as larvas da mosca da fruta usam o olfato e o paladar para encontrar comida, fiquei entusiasmado em explorar como essas dicas permitem que os organismos interajam uns com os outros: basicamente, como o cérebro coordena interações comportamentais complexas. Além disso, a perspectiva de trabalhar num novo sistema onde pudesse estudar o comportamento do animal no seu contexto ecológico foi muito entusiasmante.

Na verdade, dada a forma como meu pós-doutorado começou, meu interesse em estudar o comportamento acabou sendo muito conveniente. Comecei na Caltech em fevereiro de 2020 e só tive algumas semanas no laboratório antes que a pandemia nos paralisasse. Cerca de um mês após o bloqueio, comecei a sair e coletar insetos. Peguei uma câmera, um pequeno palco e uma caixa de besouros errantes do laboratório. Depois, passei grande parte da pandemia gravando vídeos de 20 minutos de interações de insetos na mesa da minha cozinha. Usei um software de visão mecânica para rastrear seus comportamentos e comecei a ver como era um dia na vida desses besouros. Os besouros passaram muito pouco tempo interagindo com espécies potencialmente prejudiciais, optando por flexionar o abdômen ou fugir durante encontros próximos. Enquanto isso, os besouros passaram muito mais tempo investigando as espécies que não representavam ameaça, usando suas antenas para detectar os organismos. Então, como os besouros distinguem entre essas diferentes espécies? É porque eles cheiram diferentes, parecem diferentes, se movem de forma diferente dos predadores, ou alguma combinação destes? Fazer claramente esta distinção é fundamental para a sua sobrevivência, e os besouros têm de ser seletivos sobre quando utilizar os seus produtos químicos contra potenciais predadores, uma vez que têm um fornecimento limitado em qualquer momento.

Estou muito entusiasmado em usar este prêmio para desenvolver oficinas de divulgação na interseção da ciência e das artes cênicas. Comecei a colaborar com alguns grupos de dança locais na área de Los Angeles e estamos planejando workshops sobre a neurociência da dança que terão como alvo comunidades carentes em Pasadena e na área metropolitana de Los Angeles. Nosso objetivo é usar a dança como uma forma de despertar o interesse e o entusiasmo dos alunos do ensino fundamental e médio em aprender sobre o cérebro e como ele sente o mundo e coordena o movimento criativo. Também utilizarei os fundos para contratar e apoiar uma jovem técnica de investigação para trabalhar comigo nos meus projetos de investigação no laboratório. Espero fornecer a ela a orientação e o apoio profissional necessários para uma transição bem-sucedida para a pós-graduação e uma carreira gratificante em ciências.