Un equipo internacional de científicos ha secuenciado el genoma del pulpo de dos manchas de California («Octopus bimaculoides»). Tras los hallazgos, los investigadores están ahora más cerca de descubrir los genes implicados en la biología inusual de esta criatura, incluyendo su capacidad para cambiar de color de piel y de textura, y un cerebro distribuido que permite que sus ocho brazos se muevan de forma independiente.

La investigación corrió a cargo de científicos de la Universidad de California en Berkeley (EE.UU.), el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) en Japón y la Universidad de Chicago. Los resultados se publicarán en la edición del día 13 de agosto de la revista «Nature».

Las conclusiones arrojan diferencias notables entre los genomas de los pulpos y otros invertebrados, incluyendo reordenamientos generalizados de los genes y una expansión dramática de una familia de genes implicados en el desarrollo neuronal que se pensaba que era exclusiva de los vertebrados.

«El sistema nervioso del pulpo se organiza de una manera totalmente diferente a la nuestra: el sistema nervioso central rodea al esófago, algo típico en invertebrados, pero también tiene grupos de neuronas en los brazos que les permiten trabajar de forma relativamente autónoma, además de grandes lóbulos ópticos involucrados en la visión», señala Daniel Rokhsar, quien co-dirigió el proyecto, junto con Clifton Ragsdale, de la Universidad de Chicago. «La secuenciación fue una oportunidad para mirar el genoma y ver lo que podemos aprender sobre la morfología del pulpo y su cerebro único».

«Comprender cómo el cerebro distribuido del pulpo interactúa con sus ocho extremidades podría, por ejemplo, ayudar a los ingenieros a diseñar brazos prensiles flexibles para robots», añade Rokhsar. En algunos entornos, como el submarino, estos podrían funcionar mejor que los brazos y las piernas articuladas.

Rokhsar, profesor de Biología Molecular y Celular de la Universidad de Berkeley, y también de Física, dirige asimismo la Unidad de Genética Molecular del OIST como profesor visitante.

Mayor complejidad neuronal

Sus cerebros enormes, altamente desarrollados, demuestran que los cefalópodos son los invertebrados más inteligentes de la Tierra. «Pueden, incluso, resolver problemas complejos y aprender comportamientos», apunta Rokhsar.

«Hemos encontrado varios tipos de genes que se expanden de manera espectacular en el pulpo en relación con otros vertebrados, y creemos que juegan un papel crítico al permitir un nivel de complejidad neuronal jamás alcanzado en invertebrados», añade.

Las moléculas de adhesión pueden transmitir información en los dos sentidos: desde extracelular a intracelular (figura A, flecha verde).

Estos moluscos cuentan con una familia de moléculas de señalización llamadas protocadherinas que regulan las interacciones neuronales de desarrollo y de corto alcance entre las neuronas, y una familia de factores de transcripción llamados dedos de zinc, que se expresan principalmente en tejidos embrionarios y nerviosos y se cree que juegan un papel crucial en el desarrollo del cerebro.

«Desentrañar el genoma del pulpo hace más manejables los estudios sobre cefalópodos, siendo además determinante para los estudios evolutivos comparativos», señala Ragsdale, profesor asociado de Neurobiología, Biología Humana y Anatomía en la Universidad de Chicago. «Es un recurso increíble que abre puertas a nuevas cuestiones jamás planteadas sobre estos extraordinarios animales».

Fue el premio Nobel Sydney Brenner, el presidente fundador y un distinguido profesor del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), quien puso en marcha este proyecto.

Primeros seres inteligentes de la Tierra

Los cefalópodos, que incluyen no sólo el pulpo sino también calamares, sepias y nautilus, surgieron como depredadores en los antiguos océanos hace más de 400 millones de años. Entre los más exitosos fueron los ammonites, que dominaron los océanos en el período Devónico y son fósiles comunes hoy en día. Se extinguieron hace 66 millones de años en la misma extinción que acabó con los dinosaurios.

«Fueron los primeros seres inteligentes del Planeta», comenta Brenner. En el futuro, OIST planea secuenciar varias especies de calamar y el pulpo de Okinawa, que Rokhsar espera que se convierta en un organismo modelo para el estudio de la biología en cefalópodos.

«La razón de indagar en varios tipos de cefalópodos es ver lo que se conserva de ellos», dice. «Lo que es similar entre todos los cefalópodos es probablemente importante para ser uno de ellos».

Los investigadores también utilizaron el genoma para localizar los genes implicados en la coloración de adaptación, que permite a los pulpos que cambian su color de piel y su textura para integrarse en su entorno y escapar de la depredación; esto es, para camuflarse.

«Hemos encontrado cientos de genes nuevos que no tienen homólogos en otros animales y que puedan participar en este proceso de camuflaje único», constata Rokhsar.

El genoma también podría ayudar a descubrir las bases genéticas de otras especies de pulpo, como sus elaborados brazos prensiles con ventosas que se utilizan para detectar sustancias químicas en el agua, así como sentir y comprender; su capacidad para regenerar sus extremidades; un sistema de propulsión que les permite moverse en el entorno subacuático; unos ojos-cámara más similares a los de los humanos que a otros invertebrados; y el hecho de que tienen tres corazones para mantener el bombeo de la sangre a través de sus branquias.

Nuevos avances en Medicina

El investigador del CSIC Ángel Guerra relata a ABC que los cefalópodos son unos moluscos –animales sin vértebras– «muy evolucionados», al haber desarrollado un cerebro y unos órganos sensoriales que les hacen «tan inteligentes» como un vertebrado inferior (por ejemplo, un ratón).

El cerebro de estos moluscos, constata Guerra, es capaz de desarrollar comportamientos «tan complejos» como el mimetismo, la memoria y el aprendizaje. «Esto siempre nos había impresionado a los biólogos y ahora tenemos más y mejores herramientas para entender cómo se ha producido», señala el investigador a propósito de este estudio que, según augura, «proveerá nuevos avances en biomedicina y biotecnología».

Y pone ejemplos: «Podría ayudar a entender mejor los procesos de las enfermedades a nivel molecular. De esa nueva información pueden extraerse nuevos tratamientos terapéuticos y extrapolarse a los humanos», detalla.

En definitiva, Guerra confirma que secuenciar el genoma de este pulpo «es un gran noticia», y recuerda que servirá de catalizador para otros grupos de científicos, pues todavía «queda mucho por conocer»sobre estos «intrigantes y espectaculares» moluscos marinos que son los cefalópodos.