Un pulpo podría ser el próximo organismo modelo

Los cefalópodos de cerebro grande podrían arrojar luz sobre la evolución y la neurobiología de la inteligencia, la complejidad y más, e inspirar avances médicos y tecnológicos

Los humanos están más relacionados con los dinosaurios que con los pulpos. Nuestro linaje se separó del de los cefalópodos, la clase sin espinas que incluye pulpos, calamares y sepias, hace 500 millones de años. Los cerebros de los pulpos carecen de cualquiera de las principales características anatómicas de los cerebros de los vertebrados, y la mayoría de las neuronas de los animales se distribuyen en sus brazos en lugar de en su cabeza.

Sin embargo, los pulpos son extremadamente inteligentes, con un cerebro más grande para el tamaño de su cuerpo que todos los animales, excepto las aves y los mamíferos. Son capaces de comportamientos cognitivos de alto nivel, incluido el uso de herramientas y la resolución de problemas, e incluso descubren cómo desenroscar las tapas de los frascos para acceder a los alimentos.

Cada vez más, algunos investigadores están sugiriendo que la combinación de inteligencia de los pulpos y la gran diferencia con los humanos podría convertirlos en un modelo ideal para inferir reglas comunes que gobiernan la función cerebral compleja, además de revelar nuevas soluciones neurológicas que los cefalópodos han evolucionado.

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Los científicos a menudo se han dirigido a los animales, entre ellos la mosca de la fruta Drosophila, el pez cebra y los nematodos Caenorhabditis elegans, para obtener información y comprensión biológicas. Pero de todas las «especies modelo» ampliamente estudiadas que son fáciles de criar en el laboratorio, los roedores como los ratones han sido los más instrumentales para comprender cómo funciona el cerebro.

Un pulpo podría ser el próximo organismo modelo
Un pulpo podría ser el próximo organismo modelo

«La ventaja del ratón es que su cerebro es notablemente similar al cerebro humano, mientras que la ventaja del pulpo es que es notablemente diferente», dice Gül Dölen, neurocientífico de la Universidad Johns Hopkins. Comparar y contrastar estos sistemas con los nuestros, dice, «te da ese poder lógico de reducción».

Los nematodos y las moscas de la fruta también son muy diferentes a los humanos, señala, pero los pulpos eclipsan a estos compañeros invertebrados en términos de complejidad. Al reconocer la oportunidad única que brindan los cefalópodos como criaturas muy diferentes pero altamente sofisticadas, Dölen y otros neurocientíficos están alentando que se conviertan en el organismo modelo más nuevo del campo.

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El uso de pulpos para conocer mejor nuestra propia especie fue propuesto originalmente en la década de 1960 por el neurofisiólogo J. Z. Young. La idea estuvo a nuestro alcance en 2015, cuando los científicos secuenciaron el primer genoma del pulpo, para el pulpo de dos manchas de California. «Un genoma completo abre enormes niveles de información que antes no tenía», dice Clifton Ragsdale, neurobiólogo de la Universidad de Chicago, coautor del estudio del genoma del pulpo en Nature.

Como fue el caso con otras especies modelo, la publicación del genoma del pulpo allanó el camino para modos críticos de investigación, dicen los investigadores. Estos incluyen el uso de la ingeniería genética para investigar cómo funciona el cerebro, hacer zoom sobre dónde se expresan genes específicos y explorar la evolución calculando las diferencias entre los genes del pulpo y los de otras especies.

«Estamos en un momento realmente emocionante para trabajar con estos animales notables», dice Caroline Albertin, bióloga del desarrollo evolutivo del Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts, y autora principal del estudio del genoma. «Hay un vasto océano de investigación y preguntas que debemos explorar».

Con ese fin, los investigadores han comenzado a desarrollar versiones de cefalópodos de las mismas herramientas moleculares que aquellos que trabajan con ratones o moscas dan por sentado. El verano pasado en Current Biology, Albertin y sus colegas describieron el primer knockout del gen de un cefalópodo (inactivando un gen para estudiar lo que hace). Ahora, el mismo equipo está trabajando en combinaciones de genes que, por ejemplo, permitirán a los científicos insertar indicadores de actividad en las células del pulpo. Este proceso les permitirá estudiar la actividad neuronal de los animales en tiempo real, dice el investigador del Laboratorio de Biología Marina Joshua Rosenthal, coautor del estudio de eliminación. «Una vez que demos el siguiente paso», dice, «creo que la comunidad va a empezar a explotar».

Un pulpo podría ser el próximo organismo modelo
Un pulpo podría ser el próximo organismo modelo

La investigación ya se está acelerando. En 2018, Dölen y el coautor Eric Edsinger dosificaron a los pulpos con MDMA y descubrieron que, aunque suelen ser antisociales, responden a una inundación inducida por medicamentos del neurotransmisor serotonina de la misma manera que lo hacen los humanos: se relajan y se vuelven más sociables. A través del análisis del genoma, los científicos también confirmaron que los pulpos poseen los mismos transportadores de serotonina a los que se une la MDMA en los vertebrados. Como se informó en Current Biology, este hallazgo sugiere que la socialidad podría involucrar un mecanismo molecular en lugar de estar arraigada en regiones específicas del cerebro de los vertebrados.

Otros laboratorios están investigando cómo los brazos de los pulpos detectan e interactúan con su entorno con una mínima intervención del cerebro. El otoño pasado, los investigadores informaron en Cell que los receptores especializados en los chupadores de pulpo detectan sustancias químicas en las superficies con las que entran en contacto, lo que les permite saborear al tocarlas. «Este es un ejemplo de cómo debemos considerar el estudio de la vida en todas las formas y tamaños para comprender realmente cómo las adaptaciones moleculares y celulares dan lugar a características y funciones orgánicas únicas», dice Nicholas Bellono, biólogo molecular y celular de la Universidad de Harvard y senior autor del estudio Cell.

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Los científicos pronto tendrán aún más recursos a los que recurrir. En 2016, el Laboratorio de Biología Marina lanzó un programa de cría de cefalópodos para cultivar animales de investigación. Albertin y el gerente del programa Bret Grasse ahora están trabajando con Dölen y otros colegas para secuenciar el genoma de Octopus chierchiae, una pelota de golf, a una especie centroamericana del tamaño de una mandarina que es el principal candidato para un organismo modelo pulpo. El pequeño tamaño de O. chierchiae lo haría ideal para criarlo en un laboratorio y, a diferencia de otras especies de pulpos, los científicos han descubierto cómo criarlo.

Sin duda, los cefalópodos aportarán más conocimientos sobre la biología fundamental. También podrían seguir avances tecnológicos. Los investigadores de materiales están interesados ​​en la piel de los animales por su increíble capacidad de camuflaje, por ejemplo, y los informáticos algún día pueden recurrir a los sistemas de memoria y aprendizaje separados de los pulpos, uno para la visión y otro para los sentidos táctiles, para nuevos enfoques del aprendizaje automático.

Los pulpos también podrían inspirar avances en la ingeniería biomédica. Rosenthal está estudiando las tasas increíblemente altas de edición de ARN de los cefalópodos, que algún día podrían conducir a nuevas tecnologías para borrar mutaciones no deseadas codificadas en genomas humanos. Ragsdale está investigando cómo los pulpos regeneran rápidamente sus brazos, nervios y todo; esto podría algún día contribuir a terapias para humanos que pierden extremidades o tienen daño cerebral o de la médula espinal. “La biología prácticamente ha descubierto una solución para casi todo”, dice Rosenthal. «Solo tenemos que encontrarlo».

Vía | Scientificamerican

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