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Cosa hanno in comune il polpo e il cervello umano

Cefalopodi come polpi, calamari e seppie sono animali molto intelligenti con sistemi nervosi complessi. In Science Advances , un team guidato da Nikolaus Rajewsky del Max Delbrück Center ha ora dimostrato che la loro evoluzione è collegata a una drammatica espansione del loro repertorio di microRNA.

Se andiamo abbastanza indietro nella storia evolutiva , incontriamo l’ultimo antenato comune conosciuto di umani e cefalopodi: un animale primitivo simile a un verme con intelligenza minima e occhi semplici. Successivamente, il regno animale può essere diviso in due gruppi di organismi: quelli con la spina dorsale e quelli senza. Mentre i vertebrati, in particolare i primati e altri mammiferi, hanno continuato a sviluppare cervelli grandi e complessi con diverse capacità cognitive, gli invertebrati no. Con un’eccezione: i cefalopodi.

Gli scienziati si sono chiesti a lungo perché un sistema nervoso così complesso fosse in grado di svilupparsi solo in questi molluschi. Ora, un team internazionale guidato da ricercatori del Max Delbrück Center e del Dartmouth College negli Stati Uniti ha avanzato una possibile ragione. In un articolo pubblicato su Science Advances , spiegano che i polpi possiedono un repertorio enormemente ampliato di microRNA (miRNA) nel loro tessuto neurale, che riflette sviluppi simili avvenuti nei vertebrati.

“Quindi questo è ciò che ci collega al polpo”, afferma il professor Nikolaus Rajewsky, direttore scientifico del Berlin Institute for Medical Systems Biology del Max Delbrück Center (MDC-BIMSB), capo del Systems Biology of Gene Regulatory Elements Lab, e l’ultimo autore del giornale. Spiega che questa scoperta probabilmente significa che i miRNA svolgono un ruolo fondamentale nello sviluppo di cervelli complessi.

Nel 2019, Rajewsky ha letto una pubblicazione sulle analisi genetiche condotte sui polpi. Gli scienziati avevano scoperto che in questi cefalopodi si verifica molta modifica dell’RNA, il che significa che fanno ampio uso di alcuni enzimi che possono ricodificare il loro RNA.

“Questo mi ha fatto pensare che i polpi potrebbero non solo essere bravi nell’editing, ma potrebbero anche avere altri assi nella manica dell’RNA”, afferma Rajewsky. Inizia così una collaborazione con la Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli, che gli invia campioni di 18 diversi tipi di tessuti di polpi morti.

I risultati delle analisi sono stati sorprendenti: “C’era davvero un sacco di editing dell’RNA in corso, ma non in aree che riteniamo di interesse”, afferma Rajewsky. La scoperta più interessante è stata infatti la drammatica espansione di un noto gruppo di geni dell’RNA, i microRNA.

Sono state trovate in totale 42 nuove famiglie di miRNA, in particolare nel tessuto neurale e principalmente nel cervello. Dato che questi geni sono stati conservati durante l’evoluzione dei cefalopodi, il team conclude che erano chiaramente benefici per gli animali e sono quindi funzionalmente importanti.

Rajewsky ricerca i miRNA da più di 20 anni. Invece di essere tradotti in RNA messaggeri, che forniscono le istruzioni per la produzione di proteine ​​nella cellula, questi geni codificano piccoli pezzi di RNA che si legano all’RNA messaggero e quindi influenzano la produzione di proteine. Questi siti di legame sono stati conservati anche durante l’evoluzione dei cefalopodi, un’altra indicazione che questi nuovi miRNA sono di importanza funzionale.

Nuove famiglie di microRNA

“Questa è la terza più grande espansione delle famiglie di microRNA nel mondo animale e la più grande al di fuori dei vertebrati”, afferma l’autore principale Grygoriy Zolotarov, MD, uno scienziato ucraino che ha svolto un tirocinio nel laboratorio di Rajewsky presso MDC-BIMSB mentre finiva la scuola di medicina a Praga , e più tardi. “Per darti un’idea della scala, le ostriche, che sono anche molluschi, hanno acquisito solo cinque nuove famiglie di microRNA dagli ultimi antenati che condividevano con i polpi, mentre i polpi ne hanno acquisiti 90”.

Le ostriche, aggiunge Zolotarov, non sono esattamente conosciute per la loro intelligenza.

Il fascino di Rajewsky per i polpi è iniziato anni fa, durante una visita serale al Monterey Bay Aquarium in California. “Ho visto questa creatura seduta sul fondo della vasca e abbiamo passato diversi minuti, così ho pensato, a guardarci l’un l’altro.” Dice che guardare un polpo è molto diverso dal guardare un pesce: “Non è molto scientifico, ma i loro occhi trasudano un senso di intelligenza”. I polpi hanno occhi “telecamera” altrettanto complessi degli umani.

Da una prospettiva evolutiva, i polpi sono unici tra gli invertebrati. Hanno sia un cervello centrale che un sistema nervoso periferico, in grado di agire in modo indipendente. Se un polpo perde un tentacolo, il tentacolo rimane sensibile al tatto e può ancora muoversi. Il motivo per cui i polpi sono gli unici ad aver sviluppato funzioni cerebrali così complesse potrebbe risiedere nel fatto che usano le braccia in modo molto mirato, ad esempio come strumenti per aprire i gusci.

I polpi mostrano anche altri segni di intelligenza: sono molto curiosi e possono ricordare le cose. Possono anche riconoscere le persone e in realtà apprezzarne alcune più di altre. I ricercatori ora credono che sognino persino, dal momento che cambiano colore e struttura della pelle durante il sonno.

Creature simili ad alieni

“Dicono che se vuoi incontrare un alieno, fai immersioni e fai amicizia con un polpo”, dice Rajewsky. Ora sta progettando di unire le forze con altri ricercatori sui polpi per formare una rete europea che consentirà un maggiore scambio tra gli scienziati. Sebbene la comunità sia attualmente piccola, Rajewsky afferma che l’interesse per i polpi sta crescendo in tutto il mondo, anche tra i ricercatori comportamentali.

Dice che è affascinante analizzare una forma di intelligenza che si è sviluppata in modo del tutto indipendente dalla nostra. Ma non è facile: “Se fai dei test con loro usando piccoli snack come ricompensa, perdono presto interesse. Almeno, questo è quello che mi dicono i miei colleghi”, dice Rajewsky.

“Poiché i polpi non sono organismi modello tipici, i nostri strumenti biologico-molecolari erano molto limitati”, afferma Zolotarov. “Quindi non sappiamo ancora esattamente quali tipi di cellule esprimono i nuovi microRNA”. Il team di Rajewsky sta ora progettando di applicare una tecnica, sviluppata nel laboratorio di Rajewsky, che renderà le cellule nel tessuto di polpo visibili a livello molecolare.

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