Investigadores descubren cómo funcionan los sensores en las ventosas del pulpo
Los pulpos han capturado la imaginación humana durante siglos, inspirando sagas de monstruos marinos desde leyendas kraken escandinavas hasta la serie de televisión "Voyage to the Bottom of the Sea" y, más recientemente, la menos amenazante "My Octopus Teacher" de Netflix. Con sus ocho mal llamados tentáculos cubiertos con ventosas, su apariencia es única, y su capacidad para usar esos apéndices para tocar y saborear mientras buscan comida los distingue aún más.
De hecho, los científicos se han preguntado durante décadas cómo esos brazos, o más específicamente las ventosas en ellos, hacen su trabajo, lo que provocó una serie de experimentos sobre la biomecánica. Pero muy pocos han estudiado lo que está sucediendo a nivel molecular. En un nuevo informe, los investigadores de Harvard pudieron vislumbrar cómo el sistema nervioso en los brazos del pulpo (que opera en gran medida independientemente de su cerebro centralizado) maneja esta hazaña.
Los científicos identificaron una nueva familia de sensores en la primera capa de células dentro de las ventosas que se han adaptado para reaccionar y detectar moléculas que no se disuelven bien en agua. La investigación sugiere que estos sensores, llamados receptores quimiotáctiles, usan estas moléculas para ayudar al animal a descubrir qué está tocando y si ese objeto es una presa.
"Creemos que debido a que las moléculas no se solubilizan bien, podrían, por ejemplo, encontrarse en la superficie de las presas de los pulpos y [lo que sea que toquen los animales]", dijo Nicholas Bellono, profesor asistente de biología molecular y celular y director y autor principal del estudio. "Entonces, cuando el pulpo toca una roca en lugar de un cangrejo, ahora su brazo lo sabe, 'Está bien, estoy tocando un cangrejo [porque] sé que no solo hay tacto, sino también este tipo de sabor'".
Además, los científicos encontraron diversidad en lo que respondían los receptores y las señales que luego transmitían a las células y al sistema nervioso.
"Creemos que esto es importante porque podría facilitar la complejidad de lo que percibe el pulpo y también cómo puede procesar una variedad de señales utilizando su sistema nervioso de brazo semiautónomo para producir comportamientos complejos", dijo Bellono.
Los científicos creen que esta investigación puede ayudar a descubrir sistemas receptores similares en otros cefalópodos, la familia de invertebrados que también incluye calamares y sepias. La esperanza es determinar cómo funcionan estos sistemas a nivel molecular y responder algunas preguntas relativamente inexploradas sobre cómo evolucionaron las capacidades de estas criaturas para adaptarse a su entorno.
"No se sabe mucho sobre el comportamiento quimiotáctil marino y con esta familia de receptores como sistema modelo, ahora podemos estudiar qué señales son importantes para el animal y cómo se pueden codificar", dijo Lena van Giesen, becaria postdoctoral en el Bellono Lab y autora principal del artículo. "Estos conocimientos sobre la evolución de las proteínas y la codificación de señales van mucho más allá de los cefalópodos".
Junto con Giesen, otros coautores del laboratorio incluyen a Peter B. Kilian, un técnico en animales, y Corey A.H. Allard, un becario postdoctoral.
"Las estrategias que han desarrollado para resolver problemas en su entorno son únicas para ellos y eso inspira un gran interés tanto de científicos como de no científicos", dijo Kilian. "La gente se siente atraída por los pulpos y otros cefalópodos porque son tremendamente diferentes a la mayoría de los demás animales".
El equipo se propuso descubrir cómo los receptores pueden detectar sustancias químicas y detectar señales en lo que tocan, como un tentáculo alrededor de un caracol, para ayudarlos a tomar decisiones.
Los brazos de pulpo son distintos y complejos. Aproximadamente dos tercios de las neuronas de un pulpo se encuentran en sus brazos. Debido a que los brazos operan parcialmente independientemente del cerebro, si uno se corta, aún puede alcanzar, identificar y agarrar elementos.
El equipo comenzó identificando qué células de las ventosas realizan realmente la detección. Después de aislar y clonar los receptores químicos y táctiles, los insertaron en huevos de rana y en líneas celulares humanas para estudiar su función de forma aislada. No existe nada parecido a estos receptores en las células de rana o humanas, por lo que las células actúan esencialmente como vasos cerrados para el estudio de estos receptores.
Luego, los investigadores expusieron esas células a moléculas como extractos de presas de pulpo y otros elementos a los que se sabe que reaccionan estos receptores. Algunos sujetos de prueba eran solubles en agua, como sales, azúcares, aminoácidos; otros no se disuelven bien y, por lo general, los animales acuáticos no los consideran de interés. Sorprendentemente, solo las moléculas poco solubles activaron los receptores.
Luego, los investigadores regresaron a los pulpos en su laboratorio para ver si ellos también respondían a esas moléculas poniendo esos mismos extractos en el suelo de sus tanques. Descubrieron que los únicos olores a los que respondían los receptores de los pulpos eran una clase de sustancias químicas naturales conocidas como moléculas terpenoides que no se disuelven.
"[El pulpo] respondió muy bien sólo a la parte del suelo que tenía la molécula infundida", dijo Bellono. Esto llevó a los investigadores a creer que los receptores que identificaron captan este tipo de moléculas y ayudan al pulpo a distinguir lo que está tocando. "Con el sistema nervioso semiautónomo, puede tomar rápidamente esta decisión: '¿Me contraigo y agarro este cangrejo o sigo buscando?'"
Si bien el estudio proporciona una explicación molecular para esta sensación de tacto-gusto acuático en los pulpos a través de sus receptores quimiotáctiles, los investigadores sugieren que se necesitan más estudios, dado que una gran cantidad de compuestos naturales desconocidos también podrían estimular estos receptores para mediar comportamientos complejos.
"Ahora estamos tratando de buscar otras moléculas naturales que estos animales puedan detectar", dijo Bellono.
El trabajo fue publicado el jueves en Cell: Molecular Basis of Chemotactile Sensation in Octopus
