A lo largo de sus ocho brazos, los pulpos tienen ventosas muy sensibles que permiten exploraciones metódicas del fondo marino mientras buscan alimento en un enfoque de «sabor por tacto». Los calamares, por otro lado, usan una táctica muy diferente para encontrar su próxima comida: se esconden pacientemente hasta que emboscan a su presa en rápidas ráfagas.
En un análisis único que brinda una visión de las historias de origen de nuevos rasgos animales, un par de estudios de investigación dirigidos por científicos de la Universidad de California en San Diego y la Universidad de Harvard han rastreado las adaptaciones evolutivas de las capacidades de detección de pulpos y calamares. Los estudios, que aparecen en la portada de la edición del 13 de abril de Nature, revelan vínculos evolutivos con los receptores del cerebro humano.
Investigadores del recién establecido laboratorio de Ryan Hibbs en la Facultad de Ciencias Biológicas de UC San Diego (anteriormente con sede en el Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas) y el laboratorio de Nicholas Bellono en Harvard analizaron pulpos y calamares, animales conocidos como cefalópodos, a través de una lente integral. que abarcó la estructura proteica a nivel atómico a todo el organismo funcional. Se centraron en los receptores sensoriales como un sitio clave para la innovación evolutiva en la encrucijada de la ecología, el procesamiento neuronal y el comportamiento.
Al observar la forma en que los pulpos y los calamares perciben sus entornos marinos, los investigadores descubrieron nuevas familias de receptores sensoriales y determinaron cómo impulsan distintos comportamientos en el medio ambiente. Con la tecnología de microscopía crioelectrónica, que utiliza temperaturas criogénicas para capturar estructuras y procesos biológicos de formas únicas, demostraron que las adaptaciones pueden ayudar a impulsar nuevos comportamientos.
«Los cefalópodos son bien conocidos por sus órganos sensoriales intrincados, sistemas nerviosos elaborados y comportamientos sofisticados que son comparables a los vertebrados complejos, pero con una organización radicalmente diferente», dijo Hibbs, profesor del Departamento de Neurobiología. Hibbs aporta experiencia en la estructura de una familia de proteínas en humanos que median la comunicación entre las neuronas del cerebro y otras áreas, como entre las neuronas y las células musculares. «Los cefalópodos brindan ejemplos sorprendentes de evolución convergente y divergente que se pueden aprovechar para comprender la base molecular de la novedad en todos los niveles de organización biológica».
En un estudio de Nature, los equipos de investigación describieron por primera vez la estructura de un receptor quimiotáctil (es decir, químico y táctil) del pulpo, que los brazos del pulpo utilizan para la exploración del gusto por el tacto. Estos receptores quimiotáctiles son similares a los receptores de neurotransmisores musculares y cerebrales humanos, pero se han adaptado a través de la evolución para ayudar a evaluar posibles fuentes de alimento en el medio ambiente marino.
«En el pulpo, encontramos que estos receptores quimiotáctiles entran en contacto físico con las superficies para determinar si el animal debe comer una fuente potencial de alimento o rechazarla», dijo Hibbs. «A través de su estructura, descubrimos que estos receptores son activados por moléculas grasas, incluidos los esteroides similares al colesterol. Con análisis evolutivos, biofísicos y de comportamiento, mostramos cómo las adaptaciones estructurales sorprendentemente novedosas facilitan la transición del receptor de un papel ancestral en la neurotransmisión a un nuevo función en la quimiosensación dependiente del contacto de productos químicos ambientales grasos».
El segundo estudio de Nature se centró en los calamares y su estrategia de emboscada completamente diferente para capturar comida. Los investigadores combinaron experimentos de genética, fisiología y comportamiento para descubrir una nueva clase de antiguos receptores quimiotáctiles y determinaron una estructura dentro de la clase. También realizaron un análisis evolutivo para vincular las adaptaciones en los receptores de calamar con expansiones más elaboradas en pulpo. Luego pudieron colocar receptores de neurotransmisores ancestrales y quimiotáctiles en una línea de tiempo evolutiva y describieron cómo las adaptaciones evolutivas impulsaron el desarrollo de nuevos comportamientos.
«Descubrimos una nueva familia de receptores de superficie celular que ofrecen una lente rara en la evolución de la sensación porque representan la transición más reciente y funcionalmente tratable de neurotransmisores a receptores ambientales en todo el reino animal», dijo Hibbs. «Nuestras estructuras de estos receptores de cefalópodos únicos sientan las bases para la comprensión mecánica de las principales transiciones funcionales en el tiempo evolutivo profundo y el origen de la novedad biológica».
Hibbs dice que el par de nuevos estudios ofrece un excelente ejemplo de cómo la curiosidad en criaturas interesantes puede conducir a conocimientos importantes para toda la biología, a saber, cómo las proteínas, los componentes básicos de la vida, se adaptan para mediar en nuevas funciones y comportamientos.
«Estos estudios son un gran ejemplo de lo que es ser científico: asombro, exploración y comprensión de cómo funcionan las cosas», dijo.
Video: https://youtu.be/WC4h_XIioAw