Un equipo internacional de científicos ha secuenciado el genoma de un pulpo, acercando a los investigadores a descubrir los genes involucrados en la biología inusual de la criatura, incluida su capacidad para cambiar el color y la textura de la piel y un cerebro distribuido que permite que sus ocho brazos se muevan independientemente.
El equipo que secuencia y anotó el genoma del pulpo común de dos puntos de California bimaculoides de pulpo fue dirigido por científicos de la Universidad de California, Berkeley, la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST y la Universidad de Chicago.Los investigadores publicarán sus hallazgos en la edición del 13 de agosto de la revista Naturaleza .
Los investigadores descubrieron diferencias notables entre los genomas del pulpo y otros invertebrados, incluidos los reordenamientos generalizados de genes y una expansión dramática de una familia de genes involucrados en el desarrollo neuronal que alguna vez se pensó que era exclusiva de los vertebrados.
"El sistema nervioso del pulpo está organizado de una manera totalmente diferente a la nuestra: el cerebro central rodea el esófago, que es típico de los invertebrados, pero también tiene grupos de neuronas en los brazos que pueden funcionar de forma relativamente autónoma, además de enormes lóbulos ópticosinvolucrado en la visión ", dijo Daniel Rokhsar, quien codirigió el proyecto junto con Clifton Ragsdale, de la Universidad de Chicago." La secuenciación fue una oportunidad para observar el genoma y ver qué podemos aprender sobre el cerebro y la morfología únicos deel pulpo."
Entender cómo interactúa el cerebro distribuido del pulpo con sus ocho brazos podría, por ejemplo, ayudar a los ingenieros a diseñar brazos flexibles y prensiles para robots, dijo. En algunos entornos, como bajo el agua, estos podrían funcionar mejor que brazos y piernas articulados.
Rokhsar, profesor de biología molecular y celular de UC Berkeley y de física, también dirige la Unidad de Genética Molecular de OIST como profesor visitante.
Un invertebrado más inteligente
Con cerebros grandes y altamente desarrollados, los cefalópodos son los invertebrados más inteligentes de la tierra y han demostrado comportamientos elaborados de resolución de problemas y aprendizaje, señaló Rokhsar.
"Ya hemos encontrado varios tipos de genes que se expanden dramáticamente en el pulpo en relación con otros vertebrados, y creemos que juegan un papel crítico permitiendo que se alcance un nuevo nivel de complejidad neuronal en los invertebrados", dijo.
Estos incluyen una familia de moléculas de señalización llamadas protocaderinas, que regulan el desarrollo neuronal y las interacciones de corto alcance entre las neuronas, y una familia de factores de transcripción llamados dedos de zinc, que se expresan principalmente en los tejidos embrionarios y nerviosos y se cree que juegan un papel endesarrollo cerebral.
"El genoma del pulpo hace que los estudios de rasgos de cefalópodos sean mucho más manejables, y ahora representa un punto importante en el árbol de la vida para estudios evolutivos comparativos", dijo Ragsdale, profesor asociado de neurobiología y biología y anatomía organismal de la Universidad de Chicago"Es un recurso increíble que abre nuevas preguntas que no se podrían haber hecho antes sobre estos animales notables".
El proyecto fue iniciado por el Premio Nobel Sydney Brenner, el presidente fundador y un distinguido profesor de OIST.
La primera vida inteligente en la tierra
Los cefalópodos, que incluyen no solo pulpos sino también calamares, sepias y nautilos, surgieron como depredadores en los antiguos océanos hace más de 400 millones de años. Entre los más exitosos estaban los amonitas, que dominaban los océanos en el período Devónico y son fósiles comuneshoy. Se extinguieron hace 66 millones de años en la misma extinción masiva que ocurrió en los dinosaurios.
"Fueron los primeros seres inteligentes en el planeta", dijo Brenner. En el futuro, OIST planea secuenciar varias especies de calamares y el pulpo de Okinawa, que Rokhsar espera que se convierta en un organismo modelo para estudiar biología de cefalópodos.
"La razón para observar ampliamente varios tipos diferentes de cefalópodos es ver qué se conserva entre ellos", dijo. "Lo que es similar entre todos los cefalópodos es probablemente importante para ser un cefalópodo".
Los investigadores también usaron el genoma para rastrear los genes involucrados en la coloración adaptativa, lo que permite que el pulpo cambie el color y la textura de su piel para mezclarse con su entorno y escapar de la depredación.
"Hemos encontrado cientos de genes nuevos que no tienen contrapartes en otros animales y pueden estar involucrados en este proceso de camuflaje único", dijo Rokhsar.
El genoma también podría ayudar a descubrir la base genética de otras innovaciones de pulpo, como sus elaborados brazos prensiles con ventosas utilizadas para detectar sustancias químicas en el agua, así como para sentir y agarrar; su capacidad para regenerar sus extremidades; un sistema de propulsión que permiteque vuelen bajo el agua; ojos de cámara que se parecen más a los humanos que a otros invertebrados; y al hecho de que tienen tres corazones para mantener la sangre bombeando a través de sus branquias.
Entre los autores adicionales se incluyen la investigadora de bioinformática de UC Berkeley, Therese Mitros; el ex estudiante de doctorado de UC Berkeley Eric Edsinger-Gonzales, ahora en OIST; Oleg Simakov de OIST; y Caroline Albertin, Z. Yan Wang y Judit Pungor de la Universidad de Chicago.
Este trabajo fue apoyado por OIST, la National Science Foundation y los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Robert Sanders. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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