Cosa rivelano i cervelli dei polpi sui nostri cervelli

Uno sguardo indietro nella storia evolutiva mostra che esseri umani e seppie hanno un antenato comune: una creatura primitiva simile a un verme.

I polpi sono considerati molto intelligenti, almeno tra gli invertebrati animali. Insieme ad altri cefalopodi, come seppie e calamari, i polpi hanno i cervelli e i sistemi nervosi più complessi di tutti gli invertebrati. I ricercatori si sono spesso chiesti perché questi molluschi siano stati gli unici a sviluppare una maggiore complessità neurologica, mentre questo fenomeno è tipico della maggior parte dei vertebrati.

Antenato comune di esseri umani e polpi

Guardando lontano nella storia evolutiva, esseri umani e polpi hanno un antenato comune: un essere primitivo simile a un verme, con intelligenza minima e occhi semplici. Dai suoi discendenti nacquero in seguito i due grandi rami del regno animale, i vertebrati (con colonna vertebrale) e gli invertebrati (senza colonna vertebrale). Mentre nei vertebrati si svilupparono cervelli grandi e complessi con notevoli capacità cognitive, ciò non avvenne negli invertebrati – ad eccezione dei cefalopodi.

Un nuovo studio di ricercatori del Max-Delbrück-Centrum e del Dartmouth College negli Stati Uniti ha ora rivelato in che modo i cervelli delle seppie assomigliano ai cervelli dei vertebrati superiori. I risultati, pubblicati sulla rivista specializzata Science Advances, mostrano che le seppie possiedono nel loro cervello e nel loro tessuto nervoso una grande varietà di geni che codificano per i microRNA (miRNA) – in linea con la tendenza osservata durante l'evoluzione dei vertebrati.

«È dunque questo ciò che ci unisce al polpo», ha dichiarato il coautore dello studio, il professor Nikolaus Rajewsky. Questa scoperta significherebbe probabilmente che i miRNA svolgono un ruolo fondamentale nello sviluppo di cervelli complessi.

I microRNA come chiave della complessità

I miRNA sono composti da non più di 23 nucleotidi e sono piccole molecole di RNA non codificante a singolo filamento, presenti nelle cellule vegetali e animali. Svolgono un ruolo importante nella regolazione dell'espressione genica, principalmente prendendo di mira le molecole di RNA messaggero e impedendo loro di lasciare il nucleo cellulare per partecipare alla sintesi proteica.

Nel 2019, il professor Rajewsky lesse una pubblicazione sulle analisi genetiche condotte sui polpi. I ricercatori avevano scoperto che in questi cefalopodi avviene un'intensa attività di editing dell'RNA – vale a dire che fanno ampio uso di determinati enzimi in grado di modificare la codifica del loro RNA. «Questo mi ha fatto pensare che i polpi non siano soltanto bravi nell'editing, ma che potrebbero avere anche altri trucchi legati all'RNA», ha dichiarato Rajewsky.

Egli avviò una collaborazione con i ricercatori della stazione di ricerca marina Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli, che gli inviarono campioni di 18 diversi tipi di tessuto di calamari deceduti. Il team di ricerca elaborò un profilo di tutte le piccole molecole di RNA presenti in questi tessuti e constatò che il numero di molecole di miRNA presenti era aumentato significativamente rispetto ad altri invertebrati. In particolare, nei tessuti dei calamari erano presenti 42 nuove famiglie di geni codificanti per miRNA.

90 nuove famiglie di microRNA nei polpi

«Questa è la terza più grande espansione di famiglie di microRNA nel regno animale ed è la più grande al di fuori dei vertebrati», ha dichiarato il primo autore dello studio, il dottor Grygoriy Zolotarov. «Per darvi un'idea delle dimensioni: le ostriche, che appartengono anch'esse ai molluschi, hanno acquisito soltanto cinque nuove famiglie di microRNA dall'ultimo antenato comune che condividevano con i polpi – mentre i polpi ne hanno acquisite 90!» Le ostriche, aggiunge Zolotarov, «non sono certo note per la loro intelligenza».

Attualmente, l'origine e la pressione selettiva che ha portato alla formazione di questi nuovi geni di miRNA non sono note. Poiché si sono conservati nel corso dell'evoluzione dei cefalopodi, il team ha concluso che sono chiaramente vantaggiosi per gli animali e quindi funzionalmente importanti. Ulteriori analisi di cellule embrionali di calamaro in stadio avanzato hanno mostrato che molti di questi nuovi miRNA vengono espressi principalmente nelle cellule e nei tessuti nervosi durante lo sviluppo.

I risultati del team suggeriscono che i cefalopodi abbiano una maggiore Complessità cerebrale si sono sviluppati allo stesso modo dei cervelli dei vertebrati, impiegando un numero molto maggiore di miRNA regolatori per controllare l'attività genica. Sono tuttavia necessarie ulteriori ricerche per comprendere esattamente come funzionano le molecole di miRNA e cosa fanno durante lo sviluppo neuronale.

«Poiché i polpi non sono organismi modello tipici, i nostri strumenti di biologia molecolare erano molto limitati», afferma il Dr. Zolotarov. Non si sa ancora con precisione quali tipi cellulari esprimano i nuovi microRNA. I ricercatori intendono ora applicare una tecnica sviluppata nel laboratorio di Rajewsky, che dovrebbe rendere visibili le cellule nel tessuto dei cefalopodi a livello molecolare.

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