Los pulpos tienen tanto un cerebro central como un sistema nervioso periférico
Los cefalópodos como pulpos, calamares y sepias son animales muy inteligentes con sistemas nerviosos complejos. En Science Advances, un equipo dirigido por Nikolaus Rajewsky del Centro Max Delbrück ha demostrado ahora que su evolución está vinculada a una dramática expansión de su repertorio de microARN.
Si retrocedemos lo suficiente en la historia evolutiva, nos encontramos con el último ancestro común conocido de los humanos y los cefalópodos: un primitivo animal parecido a un gusano con una inteligencia mínima y manchas oculares simples. Posteriormente, el reino animal se puede dividir en dos grupos de organismos: los que tienen columna vertebral y los que no.
Mientras que los vertebrados, en particular los primates y otros mamíferos, desarrollaron grandes y complejos cerebros con diversas capacidades cognitivas, los invertebrados no lo hicieron. Con una excepción: los cefalópodos.
Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo por qué un sistema nervioso tan complejo solo pudo desarrollarse en estos moluscos. Ahora, un equipo internacional dirigido por investigadores del Centro Max Delbrück y el Dartmouth College de Estados Unidos ha propuesto una posible razón. En su nuevo artículo explican que los pulpos poseen en su tejido neural un repertorio enormemente expandido de microARN (miARN), lo que refleja desarrollos similares que ocurrieron en los vertebrados. Explican que este hallazgo probablemente signifique que los miARN juegan un papel fundamental en el desarrollo de cerebros complejos.
Imagen: Los pulpos tienen tanto un cerebro central como un sistema nervioso periférico, que es capaz de actuar de forma independiente. Crédito: Nir Friedman
En 2019, Rajewsky leyó una publicación sobre análisis genéticos realizados en pulpos. Los científicos habían descubierto que en estos cefalópodos se produce una gran cantidad de edición de ARN, lo que significa que hacen un uso extensivo de ciertas enzimas que pueden recodificar su ARN.
"Esto me hizo pensar que los pulpos no solo pueden ser buenos para editar, sino que también podrían tener bajo la manga otros trucos de ARN", dice Rajewsky. Y así comenzó una colaboración con la estación de investigación marina Stazione Zoologica Anton Dohrn en Nápoles, que le envió muestras de 18 tipos diferentes de tejido de pulpos muertos.
Los resultados de los análisis fueron sorprendentes: "De hecho, hubo mucha edición de ARN, pero no en áreas que creemos que son de interés", dice Rajewsky. El descubrimiento más interesante fue, de hecho, la espectacular expansión de un conocido grupo de genes de ARN, los microARN.
Se encontró un total de 42 nuevas familias de miARN, específicamente en tejido neural y principalmente en el cerebro. Dado que estos genes se conservaron durante la evolución de los cefalópodos, el equipo concluye que fueron claramente beneficiosos para los animales y, por lo tanto, funcionalmente importantes.
Rajewsky ha estado investigando los miARN durante más de 20 años. En lugar de traducirse en ARN mensajeros, que entregan las instrucciones para la producción de proteínas en la célula, estos genes codifican pequeños fragmentos de ARN que se unen al ARN mensajero y, por lo tanto, influyen en la producción de proteínas. Estos sitios de unión también se conservaron a lo largo de la evolución de los cefalópodos, otra indicación de que estos nuevos miARN tienen una importancia funcional.
Imagen: Perfil de ARN del pulpo común O. vulgaris. (A) Representación esquemática de los tejidos muestreados en el estudio. Los tejidos neuronales y no neuronales están coloreados en azul y amarillo, respectivamente. Recuadro (B): cerebro y estructuras circundantes. (C) Principales métodos de secuenciación y análisis computacional utilizados en este estudio.
Nuevas familias de microARN
"Esta es la tercera expansión más grande de familias de microARN en el mundo animal y la más grande fuera de los vertebrados", dice el autor principal Grygoriy Zolotarov, MD, un científico ucraniano que hizo una pasantía en el laboratorio de Rajewsky en el MDC-BIMSB mientras terminaba la escuela de medicina en Praga, más tarde.
"Para darte una idea de la escala, las ostras, que también son moluscos, han adquirido solo cinco nuevas familias de microARN desde los últimos ancestros que compartieron con los pulpos, mientras que los pulpos han adquirido 90". Las ostras, añade Zolotarov, no son precisamente conocidas por su inteligencia.
La fascinación de Rajewsky por los pulpos comenzó hace años, durante una visita nocturna al Acuario de la Bahía de Monterey en California. "Vi a esta criatura posada en el fondo del tanque y pasamos varios minutos, eso pensé, mirándonos". Él dice que mirar un pulpo es muy diferente a mirar un pez: "No es muy científico, pero sus ojos exudan una sensación de inteligencia". Los pulpos tienen ojos de "cámara" igualmente complejos que los humanos.
Desde una perspectiva evolutiva, los pulpos son únicos entre los invertebrados. Tienen tanto un cerebro central como un sistema nervioso periférico, uno que es capaz de actuar de forma independiente. Si un pulpo pierde un tentáculo, el tentáculo permanece sensible al tacto y aún puede moverse. La razón por la que los pulpos son los únicos que han desarrollado funciones cerebrales tan complejas podría residir en el hecho de que usan sus brazos con mucha determinación, como herramientas para abrir caparazones, por ejemplo.
Los pulpos también muestran otros signos de inteligencia: son muy curiosos y pueden recordar cosas. También pueden reconocer a las personas y, de hecho, gustarles más algunas que otras. Los investigadores creen ahora que incluso sueñan, ya que cambian el color y las estructuras de la piel mientras duermen.
Imagen derecha: Cefalópodos expresando microARN (amarillo): los microARN pueden estar relacionados con la aparición de cerebros complejos en los cefalópodos. Crédito: Grygoriy Zolotarov
Criaturas parecidas a extraterrestres
"Dicen que si quieres conocer a un extraterrestre, ve a bucear y hazte amigo de un pulpo", dice Rajewsky. Ahora planea unir fuerzas con otros investigadores de pulpos para formar una red europea que permitirá un mayor intercambio entre los científicos. Aunque actualmente la comunidad es pequeña, Rajewsky dice que el interés por los pulpos está creciendo en todo el mundo, incluso entre los investigadores del comportamiento.
Él dice que es fascinante analizar una forma de inteligencia que se desarrolló de forma totalmente independiente de la nuestra. Pero no es fácil: "Si haces pruebas con ellos usando pequeños bocadillos como recompensa, pronto pierden interés. Al menos, eso es lo que me dicen mis colegas", dice Rajewsky.
"Dado que los pulpos no son organismos modelo típicos, nuestras herramientas de biología molecular eran muy limitadas", dice Zolotarov. "Así que aún no sabemos exactamente qué tipos de células expresan los nuevos microARN". El equipo de Rajewsky ahora planea aplicar una técnica, desarrollada en el laboratorio de Rajewsky, que hará que las células del tejido del pulpo sean visibles a nivel molecular.
El estudio ha sido publicado en Science Advances: MicroRNAs are deeply linked to the emergence of the complex octopus brain
