Los pulpos usan receptores quimiotáctiles en sus brazos para buscar y explorar su entorno
Los cefalópodos como el pulpo y el calamar divergieron evolutivamente de los moluscos como las babosas y los caracoles. Estos animales tienen elaborados sistemas nerviosos compactos ubicados dentro de apéndices de brazos especializados, que pueden realizar un grupo sorprendentemente diverso de comportamientos.
Entonces, ¿Cómo evolucionaron neurológicamente estos animales desde el molusco con caparazón hasta una criatura de sofisticado comportamiento?
En dos estudios separados publicados en Nature, los investigadores del laboratorio Bellono en Harvard y el laboratorio de Ryan Hibbs en la Universidd de California, San Diego, descubrieron algunas pistas, enfocándose en cómo se adaptan los sistemas nerviosos de los cefalópodos para sentir sus entornos marinos.
Describen cómo evolucionaron los animales usando una familia de receptores quimiotáctiles dentro de sus brazos y ofrecen una idea de cómo estos cambios funcionales probablemente ocurrieron como adaptaciones al medio ambiente durante un profundo tiempo evolutivo.
En el primero de los artículos, los investigadores describen cómo el pulpo reutiliza los receptores de neurotransmisores ancestrales para detectar su entorno externo. Descubrieron que los receptores quimiotáctiles del pulpo evolucionaron a partir de los receptores del neurotransmisor acetilcolina, del mismo tipo que los humanos tenemos en nuestra unión neuromuscular. Sin embargo, en lugar de detectar neurotransmisores, los receptores del pulpo contienen importantes adaptaciones para detectar moléculas grasosas relativamente insolubles que se adhieren a las superficies.
"Usan sus brazos para la exploración acuática dependiente del contacto 'sabor por tacto' de las grietas en el fondo del mar", dijo el investigador principal Nicholas Bellono, profesor asociado en el Departamento de Biología Molecular y Celular de Harvard.
Vídeo: Los calamares son depredadores de emboscada que golpean y capturan presas desprevenidas con sus ocho brazos y dos largos tentáculos. Crédito: Peter Kilian
El equipo determinó la estructura 3D del receptor quimiotáctil del pulpo y lo comparó con el receptor de acetilcolina para examinar cómo pasó de su papel ancestral en la neurotransmisión. La arquitectura general de los dos receptores parecía similar.
"Pero el bolsillo de unión del receptor del pulpo, aunque en un lugar similar al que se adhiere el neurotransmisor ancestral, es muy diferente", dijo Bellono sobre la superficie grande y pegajosa. "Y descubrimos que el bolsillo de unión está bajo presión selectiva evolutiva".
Esto explica cómo un animal como el pulpo puede pasar de la neurotransmisión a la quimiosensación ambiental, como el sentido del olfato o el gusto, al cambiar sutilmente solo una parte de la proteína para crear un nuevo receptor y función conductual.
Imagen: Los pulpos usan sus brazos para "gustar al tacto", explicó el investigador principal Nicholas Bellono. Crédito: Anik Grearson
A diferencia de sus primos pulpos, los calamares son depredadores de emboscada que atacan y capturan desprevenidas presas con sus ocho brazos y dos largos tentáculos. En lugar de usar sus brazos para sondear las superficies, agarran a la presa y la enrollan para comer.
"En el segundo artículo, encontramos que los receptores químicos del calamar son más análogos a nuestro sentido del gusto", dijo Bellono. El equipo descubrió que los receptores de calamar se han adaptado para detectar moléculas amargas. Si un calamar siente amargura, puede interpretarla como tóxica o indeseable y liberará a su presa. Nuevamente, el equipo encontró que la principal diferencia entre el receptor del neurotransmisor humano y el receptor del calamar estaba en el bolsillo de unión.
"En este caso, había menos receptores que en el pulpo, y se parecían más al bolsillo de unión de neurotransmisores que puede unir más moléculas hidrofílicas", dijo Bellono. "Vemos esta diferencia entre el pulpo y el calamar como un reflejo de una línea de tiempo evolutiva y una adaptación, donde vemos la transición de la neurotransmisión en los receptores de acetilcolina al sabor amargo soluble en el calamar, a la innovación más reciente de detección de moléculas insolubles en el pulpo".
En 2020, el equipo de Bellono informó por primera vez que los pulpos usan receptores quimiotáctiles en sus brazos para buscar y explorar su entorno. Juntos, estos dos nuevos artículos proporcionan una base para comprender cómo las sutiles adaptaciones estructurales, como las de los receptores de cefalópodos, pueden impulsar nuevos comportamientos adecuados al contexto ecológico específico de un animal.
"Los cefalópodos son excelentes modelos para estudiar la evolución. Estos estudios presentan un agradable e inesperado ejemplo de cómo explotar estas criaturas para estudiar la innovación biológica desde los niveles atómicos hasta los organismos", dijo Bellono.
Referencias:
• Structural basis of sensory receptor evolution in octopus
• Sensory specializations drive octopus and squid behaviour
