Ce ne dezvăluie creierele caracatițelor despre creierele noastre

O privire înapoi în istoria evoluției arată că oamenii și caracatițele au un strămoș comun: o ființă primitivă, asemănătoare unui vierme.

Caracatițele sunt considerate foarte inteligente, cel puțin pentru nevertebrate animale. Împreună cu alte cefalopode, precum sepiile și calmarii, caracatițele au cele mai complexe creiere și sisteme nervoase dintre toate nevertebratele. Cercetătorii s-au întrebat adesea de ce aceste moluște au fost singurele care au dezvoltat o complexitate neurologică mai mare, în timp ce acest fenomen este tipic pentru majoritatea vertebratelor.

Strămoșul comun al omului și al caracatiței

Dacă privim departe în istoria evoluției, oamenii și caracatițele au un strămoș comun: o ființă primitivă, asemănătoare unui vierme, cu inteligență minimă și ochi simpli. Din descendenții săi au apărut mai târziu cele două mari ramuri ale regnului animal, vertebratele (cu coloană vertebrală) și nevertebratele (fără coloană vertebrală). În timp ce la vertebrate s-au dezvoltat creiere mari și complexe, cu capacități cognitive considerabile, la nevertebrate acest lucru nu s-a întâmplat – cu excepția cefalopodelor.

Un nou studiu realizat de cercetători de la Centrul Max Delbrück și de la Dartmouth College din Statele Unite a dezvăluit în ce mod creierele caracatițelor seamănă cu cele ale vertebratelor superioare. Rezultatele, publicate în revista de specialitate Science Advances, arată că, în creierul și țesutul lor nervos, caracatițele au o mare varietate de gene care codifică microARN-uri (miARN) – ceea ce corespunde tendinței observate în timpul evoluției vertebratelor.

„Deci aceasta este legătura dintre noi și caracatiță”, a spus profesorul Nikolaus Rajewsky, coautor al studiului. Această constatare înseamnă probabil că miARN-urile joacă un rol fundamental în dezvoltarea creierelor complexe.

microARN-urile, cheia complexității

miARN-urile sunt alcătuite din cel mult 23 de nucleotide și sunt molecule mici de ARN monocatenar necodificator, prezente în celulele vegetale și animale. Ele joacă un rol important în reglarea expresiei genelor, în special prin faptul că țintesc moleculele de ARN mesager și împiedică părăsirea nucleului de către acestea pentru a participa la sinteza proteinelor.

În 2019, profesorul Rajewsky a citit o publicație despre analizele genetice efectuate pe caracatițe. Cercetătorii descoperiseră că la aceste cefalopode are loc o intensă editare a ARN-ului – adică ele folosesc pe scară largă anumite enzime care pot modifica codificarea ARN-ului lor. «Asta mi-a dat ideea că caracatițele nu sunt doar bune la editare, ci ar putea stăpâni și alte trucuri legate de ARN», a declarat Rajewsky.

A început o colaborare cu cercetători de la stațiunea de cercetare marină Stazione Zoologica Anton Dohrn din Napoli, care i-au trimis probe din 18 tipuri diferite de țesuturi de la sepii moarte. Echipa de cercetare a întocmit un profil al tuturor moleculelor mici de ARN din aceste țesuturi și a constatat că numărul moleculelor de miARN prezente a crescut puternic în comparație cu alte nevertebrate. În special, în țesuturile sepiilor erau prezente 42 de familii noi de gene care codifică miARN.

90 de noi familii de microARN la caracatițe

«Aceasta este a treia cea mai mare extindere a familiilor de microARN din Lumea animală și cea mai mare în afara vertebratelor», a declarat autorul principal al studiului, dr. Grygoriy Zolotarov. «Ca să vă faceți o idee despre ordinul de mărime: stridiile, care fac parte tot din moluște, au dobândit doar cinci familii noi de microARN de la ultimii strămoși pe care i-au avut în comun cu caracatițele – în timp ce caracatițele au dobândit 90!» Stridiile, adaugă Zolotarov, «nu sunt tocmai renumite pentru inteligența lor».

În prezent, originea și presiunea de selecție care au dus la apariția acestor gene noi de miARN nu sunt cunoscute. Deoarece ele au fost conservate în cursul evoluției cefalopodelor, echipa a ajuns la concluzia că sunt în mod clar avantajoase pentru animale și, prin urmare, importante din punct de vedere funcțional. Analize suplimentare ale celulelor embrionare de sepie aflate într-un stadiu tardiv au arătat că multe dintre aceste noi miARN au fost exprimate în timpul dezvoltării mai ales în celulele și țesuturile nervoase.

Rezultatele echipei sugerează că cefalopodele și-au dezvoltat o complexitate cerebrală mai mare în același mod ca și creierul vertebratelor, folosind mult mai multe miARN de reglare pentru a controla activitatea genelor. Cu toate acestea, sunt necesare cercetări suplimentare pentru a înțelege exact cum funcționează moleculele de miARN și ce fac ele în timpul dezvoltării neuronale.

«Deoarece caracatițele nu sunt organisme model tipice, instrumentele noastre de biologie moleculară au fost foarte limitate», spune dr. Zolotarov. Prin urmare, nu se știe încă exact ce tipuri de celule exprimă noile microARN-uri. Cercetătorii intenționează acum să aplice o tehnică dezvoltată în laboratorul lui Rajewsky, care ar trebui să facă vizibile celulele din țesutul caracatiței la nivel molecular.