Cuando hace demasiado frío, estos pulpos reconfiguran sus cerebros

Los pulpos y otros cefalópodos figuran entre los animales no vertebrados más inteligentes, capaces de ejecutar tareas complejas como resolver rompecabezas. Pero sus cerebros son muy distintos de los nuestros, con elaborados sistemas nerviosos que se extienden por todo su cuerpo y funcionan de formas sorprendentes que los científicos apenas están empezando a comprender.

Por ejemplo, los cefalópodos tienen una capacidad sin parangón para editar su ARN, las moléculas que les proporcionan funciones esenciales como transferir información y fabricar proteínas. Un nuevo estudio publicado en la revista Cell detalla cómo dos especies de pulpo, encontradas frente a las costas del sur de California (Estados Unidos), pueden alterar enormes franjas de su ARN en respuesta a cambios bruscos de temperatura.

Algunas de las modificaciones del ARN afectan a las proteínas que se fabrican en el sistema nervioso, lo que sugiere que las modificaciones ayudan a que todo funcione sin problemas cuando cambian las condiciones. Esas proteínas pueden ser muy sensibles a las fluctuaciones de temperatura; demasiado calor o demasiado frío, y su capacidad de funcionamiento disminuye. Un cambio de unos pocos grados puede ser letal. Esto es un problema sobre todo para los animales de sangre fría como los pulpos, que están a merced de los caprichos de su entorno para controlar la temperatura.

"El agua es un sustrato bastante cruel para vivir", afirma Joshua Rosenthal, neurobiólogo del Laboratorio Biológico Marino de Woods Hole, Massachusetts, que dirigió el nuevo estudio. "Es un verdadero reto pensar a diferentes temperaturas. Los sistemas nerviosos son así de complejos".

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Aclimatación neurológica

Se sabe que diversos animales, desde los calamares hasta las ardillas y los humanos, recodifican su ARN. Estas alteraciones naturales modifican los mensajes que envían los genes, alterando sutilmente las moléculas utilizadas para construir proteínas. Pero los cambios no son permanentes.

Rosenthal y otros investigadores descubrieron anteriormente que los cefalópodos tienen una capacidad inusualmente alta para realizar este truco genético. Mientras que los humanos tienen cientos de "sitios de edición" conocidos en sus genomas, los cefalópodos tienen decenas de miles. Los científicos se propusieron estudiar qué beneficios podría aportar a los organismos una edición tan generalizada pero temporal.

La aclimatación, o adaptación a nuevas condiciones ambientales, era la "hipótesis obvia", afirma Rosenthal. Tener la capacidad de editar el ARN sobre la marcha podría permitir a los animales optimizar las proteínas del sistema nervioso y de otras partes en función de la temperatura ambiente. Es una idea que los científicos barajan desde hace tiempo, pero de la que apenas existen pruebas a nivel molecular.

Para ver si podían captar este recableado biológico en acción, Rosenthal y sus colegas se centraron en dos proteínas muy estudiadas: la kinesina, que transporta material celular importante, y la sinaptotagmina, importante para transferir señales entre neuronas. Eligieron estudiar el Octopus bimaculoides, conocido comúnmente como el pulpo de dos manchas de California, porque tiene un genoma bien secuenciado y vive de forma natural en una amplia gama de temperaturas (y, añade Rosenthal, porque se enfría durante el traslado a un laboratorio, a diferencia de otras especies de pulpo).

Para comprobar directamente si los cambios bruscos de temperatura provocaban una mayor edición del ARN, los investigadores colocaron a los pulpos en tanques y dejaron que se adaptaran durante dos o tres semanas. A continuación, cambiaron la temperatura a 13 o 22 grados centígrados en el transcurso de 10 a 12 días y la mantuvieron durante otros 12 a 24 días.

A continuación, los investigadores extrajeron ARN de los ganglios estrellados de los animales, una parte del sistema nervioso responsable del control motor, y estudiaron cuántos sitios de ARN se habían editado en las distintas condiciones ambientales. Los resultados sorprendieron a los investigadores, incluso teniendo en cuenta la capacidad de los cefalópodos para reescribir el ARN. La mayor parte de la edición se produjo a las pocas horas del cambio de temperatura y desapareció a los cuatro días.

"Fue asombroso", afirma Rosenthal. "Esperábamos que un pequeño número de sitios fueran sensibles a la temperatura, quizá ninguno. Pero alrededor de un tercio de ellos eran muy sensibles a la temperatura".

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Recalibración al frío

A medida que los científicos profundizan en cómo los pulpos reconfiguran su ARN en respuesta a los cambios de temperatura, también pueden explorar qué beneficios puede aportar esta herramienta genética a los animales mientras navegan por el océano.

"Parece que están haciendo algo único con esto, ofreciéndoles una forma de responder con flexibilidad a su entorno", afirma Kavita Rangan, bióloga molecular de la Universidad de California en San Diego que no participó en el estudio. El propio trabajo de Rangan descubrió recientemente una edición de ARN similar impulsada por la temperatura en el calamar, otro cefalópodo. "La edición es un mecanismo que puede generar una gran variación proteica, y parte de esa variación podría ser adaptativa".

Una pista puede estar en el hecho de que la edición del ARN de los pulpos fue más extensa cuando los animales estaban en ambientes que se enfriaban. En el experimento de calentamiento, sólo se produjo un aumento de alrededor del uno por ciento, un resultado que puede parecer contraintuitivo a primera vista.

"En general, las enzimas son más activas cuanto más calor hace. No es más que termodinámica", afirma Rosenthal. "Aquí vemos una mayor edición en el frío". Quizá las estructuras moleculares relevantes sean más estables a temperaturas más frías y, por tanto, más fáciles de editar, añade, pero confirmarlo requeriría más pruebas.

"Está claro que el organismo está haciendo algo bastante importante para adaptarse a la temperatura, pero es realmente difícil evaluar la consecuencia funcional de esta edición", afirma Jin Billy Li, genetista de la Universidad de Stanford que no participó en el estudio. "Quedan muchas preguntas por hacer a partir de aquí, pero se trata de un trabajo realmente importante e interesante".