Los genomas de los cefalópodos, tan extraños como ellos

El calamar, el pulpo y la sepia se conocen como cefalópodos de cuerpo blando o coleoides. Tienen el sistema nervioso más grande de todos los invertebrados, comportamientos complejos, como el camuflaje instantáneo, brazos con ventosas diestras y otros rasgos evolutivamente únicos.

Lourdes Fernández

Los investigadores analizaron y compararon los genomas de tres especies de cefalópodos.
Los investigadores analizaron y compararon los genomas de tres especies de cefalópodos.

Recientemente, un equipo internacional de científicos investigó el genoma de los cefalópodos y descubrió que es tan extraño como los propios animales. Estos grandes genomas han sido revueltos y reorganizados y contienen cientos de genes únicos y familias de genes inusualmente expandidas. 

Los investigadores analizaron y compararon los genomas de tres especies de cefalópodos: dos calamares (Doryteuthis pealeii y Euprymna scolopes) y un pulpo (Octopus bimaculoides). La hazaña llevó varios años e involucró a laboratorios de todo el mundo.

"Al comprender el genoma de los cefalópodos, podemos obtener información sobre los genes que son importantes en la configuración del sistema nervioso, así como en la función neuronal"

"Los cerebros grandes y elaborados han evolucionado un par de veces", señala la coautora principal Caroline Albertin, miembro de Hibbitt en el Laboratorio de Biología Marina (MBL) en los EE.UU. “Un ejemplo famoso son los vertebrados, otro son los cefalópodos de cuerpo blando, que sirven como un ejemplo separado de cómo se puede armar un sistema nervioso grande y complicado”, agrega.

Para explicar que, "al comprender el genoma de los cefalópodos, podemos obtener información sobre los genes que son importantes en la configuración del sistema nervioso, así como en la función neuronal".

¿Qué tiene de sorprendente el genoma de los cefalópodos?

Para empezar, estos genomas son realmente grandes. El de Doryteuthis es 1,5 veces más grande que el humano, y el del pulpo tiene un 90% del tamaño de éste.

Los cefalópodos de cuerpo blando son un ejemplo de cómo se puede armar un sistema nervioso grande y complicado.
Los cefalópodos de cuerpo blando son un ejemplo de cómo se puede armar un sistema nervioso grande y complicado. Foto: IStock.

El equipo identificó cientos de genes en familias de genes novedosos que son exclusivos de estos organismos, y algunos de ellos están altamente expresados ​​en características únicas de cefalópodos, incluso en el cerebro del calamar.

Otras familias de genes se expanden inusualmente (donde hay copias de genes adicionales), como los genes de las protocadherinas. Éstas son moléculas de llamada-adhesión expresadas principalmente en el sistema nervioso que parecen estar involucradas tanto en el desarrollo como en la función del sistema nervioso.

“Los cefalópodos y los vertebrados han duplicado de forma independiente sus protocadherinas, a diferencia de las moscas y los nematodos, que con el tiempo han perdido esta familia de genes”

“Los cefalópodos y los vertebrados han duplicado de forma independiente sus protocadherinas, a diferencia de las moscas y los nematodos, que con el tiempo han perdido esta familia de genes”, explica Albertin. “Esta duplicación ha resultado en un rico marco molecular que quizás esté involucrado en la evolución independiente de sistemas nerviosos grandes y complejos en vertebrados y cefalópodos”, apunta.

Pero lo más sorprendente, según Albertin, es que el genoma del cefalópodo “está increíblemente revuelto”.

"Ahora sabemos que la evolución de los cefalópodos de cuerpo blando involucró cambios genómicos igualmente masivos, pero no son duplicaciones del genoma completo sino reordenamientos genómicos inmensos, como si los ancestrales se pusieran en una licuadora", explica el neurobiólogo de la Universidad de Chicago, Clifton Ragsdale.

Los genomas de los cefalópodos son muy grandes.
Los genomas de los cefalópodos son muy grandes. Foto: IStock.

Entre sus brazos y sus cabezas, los aproximadamente 500 millones de neuronas de los pulpos rivalizan con la cantidad que poseen los perros.

"Comparamos el genoma del calamar con el de una vieira y descubrimos que muchos genes que estaban dispersos en el genoma de la vieira se habían unido en áreas específicas de los cromosomas del calamar. Estos nuevos grupos de genes forman unidades reguladoras. Esto significa que pueden interactuar entre sí y alteran la fisiología del animal", mantiene la patóloga molecular Akane Kawaguchi, coautora principal del segundo estudio que analizó más de cerca el genoma del calamar bobtail.

"Uno de los grupos de genes en el genoma del calamar contiene cinco genes principales involucrados en el desarrollo del sistema nervioso"

"Uno de los grupos de genes en el genoma del calamar contiene cinco genes principales involucrados en el desarrollo del sistema nervioso", añade.

Los cefalópodos editan sus propios genes cerebrales

Y, por último, pero no menos importante, está la famosa capacidad del cefalópodo para editar sus propios genes cerebrales. Esta capacidad de edición del ARN mensajero ocurre solo en un puñado de proteínas importantes del sistema nervioso en humanos, en menos del 1 por ciento, pero en los cefalópodos, está mucho más extendida.

Los cefalópodos tienen una mayor flexibilidad para adaptarse rápidamente a su entorno.
Los cefalópodos tienen una mayor flexibilidad para adaptarse rápidamente a su entorno. Foto: IStock.

Por lo general, los cambios en la construcción de un animal ocurren con mutaciones en sus planos de ADN. Pero en este caso, el ARN mensajero, que construye la proteína, es el que realiza los cambios. Hay algunas sugerencias de que esta habilidad permite a los cefalópodos una mayor flexibilidad para adaptarse rápidamente a su entorno, y el constructor puede improvisar para adaptarse a las nuevas condiciones, pero esto aún no está del todo establecido.

Todos estos mecanismos inusuales han contribuido a construir estas inteligencias alienígenas de las que ahora todos nos maravillamos

Albertin y su equipo descubrieron que la edición del ARN de los animales se divide en dos categorías distintas, ediciones neuronales y no neuronales. Esto no solo ocurre en diferentes tejidos, sino que la frecuencia con la que sucede la edición también es muy diferente, y la edición asociada con el sistema nervioso ocurre con mucha más frecuencia, lo que sugiere que es extremadamente importante para el funcionamiento de estos animales.

Todos estos mecanismos inusuales han contribuido a construir estas inteligencias alienígenas de las que ahora todos nos maravillamos, durante los 300 millones de años desde que el calamar y el pulpo compartieron por última vez un ancestro común.

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Las bases moleculares de las capacidades cognitivas del pulpo siguen siendo objeto de estudio.

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