El pulpo, un animal modelo

El cerebro voluminoso de este cefalópodo puede ayudar a desentrañar la evolución y la neurobiología de la inteligencia y la complejidad, entre otros rasgos.

El primer genoma de pulpo secuenciado fue el del pulpo ocelado de California (en la fotografía). [JOEL SARTORE]

Los humanos mantenemos un parentesco más estrecho con los dinosaurios que con los pulpos. Hace 500 millones de años que nuestro linaje se separó del de los cefalópodos, la clase de los invertebrados a la que pertenecen el pulpo, el calamar o la sepia. Su cerebro carece de todas las grandes partes anatómicas que son propias del encéfalo de los vertebrados. La mayoría de sus neuronas están repartidas por los tentáculos, en lugar de concentrarse en la cabeza.

Pese a ello, son animales sumamente inteligentes, dotados de un cerebro desproporcionadamente grande en comparación con su talla corporal, un rasgo en el que solo se ven superados por las aves y los mamíferos. Hacen gala de comportamientos cognitivos de alto nivel, como el uso de útiles y la resolución de problemas, incluso averiguan el modo de desenroscar las tapas de los frascos para acceder a la comida de su interior [véase «El ingenio de los cefalópodos», por Ángel Guerra; Investigación y Ciencia, mayo de 2019]. Los científicos cada vez están más convencidos de que la combinación de ingenio y la gran distancia que les separa de los humanos puede convertirlos en un modelo ideal para deducir las reglas comunes que rigen las funciones cerebrales complejas; además, puede revelar las innovadoras soluciones neurológicas que estos tentaculados han desarrollado de modo singular.

Así se sumarían al elenco de animales que, como la mosca del vinagre Drosophila, la rata, el pez cebra o el nematodo Caenorhabditis elegans,nos han brindado amplios conocimientos biológicos. De todas estas especies modelo extensamente estudiadas que tienen en común su fácil crianza en el laboratorio, los roedores como el ratón han sido los más decisivos a la hora de averiguar el modo en que opera el cerebro.

«La ventaja del ratón reside en la notable semejanza de su cerebro con el humano, mientras que la del pulpo radica en su acusada diferencia», afirma Gül Dölen, neurocientífica de la Universidad Johns Hopkins. Los nematodos y las moscas del vinagre también resultan muy diferentes de los humanos, señala, pero el pulpo ensombrece a los demás invertebrados en lo que a complejidad se refiere. Conscientes de la oportunidad única que los cefalópodos brindan en virtud de sus enormes diferencias y al mismo tiempo su complejidad, Dölen y otros neurocientíficos están profundizando en su estudio para convertirlos en el organismo modelo más nuevo de la disciplina.

El primero en proponer el pulpo como organismo modelo con el que comparar nuestra especie fue el neurofisiólogo J. Z. Young, en los años sesenta del pasado siglo. La idea prosperó mucho más tarde, en 2015, cuando se secuenció el primer genoma de este molusco, en concreto el del pulpo ocelado de California (Octopus bimaculoides). «Un genoma entero ofrece una ingente cantidad de información que no se tenía antes», explica Cliff Ragsdale, neurobiólogo en la Universidad de Chicago y uno de los autores del estudio sobre el genoma, publicado en Nature.

Como en el caso de otras especies modelo, la publicación de su genoma allana el camino a modos esenciales de investigación, aseguran los investigadores. Entre ellos figuran el uso de la ingeniería genética para indagar en el funcionamiento del cerebro, saber con precisión dónde se expresan genes específicos y explorar la evolución mediante el cálculo de las diferencias entre los genes del pulpo y los de otras especies.

«Este es un momento realmente interesante para trabajar con estos animales sorprendentes», afirma Caroline Albertin, bióloga evolutiva del Laboratorio de Biología Marina de Woods Hole, Massachusetts, y autora principal del estudio del genoma. «Tenemos ante nosotros un vasto océano de cuestiones que investigar.»

Con ese objetivo se han comenzado a desarrollar versiones «para cefalópodo» de las mismas herramientas moleculares que suelen emplear los que trabajan con ratones o moscas. El pasado verano, Albertin y sus colaboradores describieron en Current Biology la primera inactivación de un gen de cefalópodo para averiguar cuál era su cometido. Ahora el mismo equipo está trabajando en la activación de genes que, por ejemplo, permitirán insertar indicadores de actividad en las células del pulpo. De este modo podrán estudiar la función nerviosa del animal en tiempo real, afirma Joshua Rosenthal, investigador del Laboratorio de Biología Marina y uno de los autores del estudio. «Una vez que consigamos el próximo paso, creo que la comunidad explotará», afirma.

Las investigaciones ya se están acelerando. En 2018, Dölen y el coautor Eric Edsinger administraron éxtasis a pulpos y hallaron que, si bien de ordinario son antisociales, responden al flujo del neutrotransmisor serotonina desatado por la droga de igual modo que las personas: se relajan y se hacen más sociables. Gracias al análisis del genoma, también confirmaron que posee los mismos transportadores de serotonina a los cuales se fija la droga en los vertebrados. Como explicaron en Current Biology, este descubrimiento apunta a que la sociabilidad guardaría relación con un mecanismo molecular más que a un centro nervioso concreto, radicado en el cerebro de los vertebrados.

Otros laboratorios están investigando el modo en que los tentáculos perciben e interactúan con el entorno, con un control mínimo por parte del cerebro. El pasado otoño se describió en Cell el descubrimiento de unos receptores especiales situados en las ventosas que detectan sustancias en las superficies que tocan, es decir, que dotan a sus brazos del sentido del gusto. «Ello demuestra que si queremos entender de veras cómo las adaptaciones celulares y moleculares dan lugar a funciones y características únicas en los seres vivos es preciso estudiar la vida en toda su variedad de formas y tamaños», asegura Nicholas Bellono, biólogo celular y molecular de la Universidad Harvard y autor senior del estudio.

Y pronto los investigadores tendrán más recursos a su alcance. En 2016, el Laboratorio de Biología Marina lanzó un programa de cría de cefalópodos destinado a la obtención de animales de experimentación. Albertin y el responsable del programa Bret Grasse están trabajando ahora con Dölen y otros colaboradores para secuenciar el genoma de Octopus chierchiae,una especie centroamericana del tamaño de una pelota de golf que es la principal candidata a servir como organismo modelo entre los pulpos. Sus pequeñas dimensiones la hacen ideal para la cría en el laboratorio y, a diferencia de otras especies, ya se domina su reproducción en cautividad.

Sin duda los cefalópodos nos reportarán más conocimientos básicos de biología fundamental, a los que podrían seguir avances tecnológicos. A los investigadores de materiales les interesa la piel por sus increíbles dotes de camuflaje, y los informáticos tal vez podrán sacar algún día provecho de los sistemas independientes de memoria y aprendizaje de los pulpos, uno para la visión y otro para las sensaciones táctiles, como elementos para nuevas estrategias de aprendizaje automático.

El pulpo también podría inspirar avances en materia de ingeniería biomédica. Rosenthal está estudiando las tasas increíblemente altas de edición que muestra su ARN, fenómeno que quizás en el futuro conduzca a nuevas técnicas con las que eliminar mutaciones indeseadas en el genoma humano. Y Ragsdale, por su parte, investiga en este momento la portentosa capacidad regeneradora de los tentáculos, los cordones nerviosos y otras partes del cuerpo, lo que algún día podría contribuir a tratamientos para personas que han perdido una extremidad o han sufrido lesiones cerebrales o espinales. «La vida ya ha descubierto soluciones para casi todo. Solo hay que encontrarlas», concluye Rosenthal.

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