Cromosomas y genes de los pulpos

 

La palabra cefalópodo designa a todas aquellas especies marinas cuya cabeza está literalmente unida a sus extremidades, como los calamares, los pulpos, las sepias y los nautilos. En algunos casos, su tamaño puede ser impresionante, llegando a medir más de veinte metros. Sin embargo, lo que realmente hace único a un cefalópodo es su sistema nervioso, el mayor entre los invertebrados en el caso de los cefalópodos coleoideos, que comprenden unas 800 especies. Los pulpos son capaces de comportamientos tan sofisticados como recoger información de su entorno para adaptar su color o forma o incluso utilizar herramientas a su conveniencia. De ellos hemos hablado en este blog varias veces.

          Los pulpos siguen sorprendiendo a la ciencia… Los pulpos conservan 'reliquias' genéticas de hace 480M de años que desafían a la evolución Al parecer, los elementos genéticos de los pulpos han permanecido inalterables desde el último ancestro común de todos los cefalópodos. Algo impensable para el resto de especie. Un reciente estudio publicado en la revista Cell ha identificado uno de los sistemas de determinación sexual más antiguos de todo el reino animal. Investigadores de la Universidad de Oregón han hallado un cromosoma sexual en el pulpo de dos manchas de California (Octopus bimaculoides) con una antigüedad que se remonta a hace 480 millones de años. Hasta ahora, no existían evidencias concluyentes de que los pulpos determinaran su sexo mediante sus cromosomas.

En los seres humanos y la mayoría de los mamíferos, el sexo viene determinado, en gran medida, por los cromosomas. Pero, hay una gran diversidad en la forma en que los animales lo determinan. Las tortugas, por ejemplo, lo hacen por la temperatura a la que se incuban los huevos, mientras que algunos peces tienen un gen que determina el sexo, pero no un cromosoma completo. Algunas especies animales dependen de factores ambientales, como la temperatura de incubación, mientras que en mamíferos y aves el sexo se define por cromosomas específicos. Pero sobre los pulpos y sus cromosomas, poco se sabía. Ahora, este descubrimiento descrito en Cell, resuelve una incógnita sobre la reproducción de los cefalópodos y sugiere que su evolución genética ha sido increíblemente estable.

En la mayoría de organismos, los cromosomas sexuales experimentan una evolución acelerada debido a las presiones selectivas asociadas a la reproducción. No obstante, la presencia de esta estructura genética en el nautilo, cuya evolución se separó de la de los pulpos hace casi 500 millones de años, refuerza la teoría de que se trata de uno de los cromosomas sexuales más antiguos conocidos. En el caso de los pulpos, se ha hallado un cromosoma que solo está presente en los machos con una copia adicional, lo que indica su función en la diferenciación sexual. Para encontrarlo, los científicos analizaron el genoma de varias especies de cefalópodos, incluyendo calamares y nautilos. Los resultados mostraron que todos lo compartían, lo que implica que su origen se remonta al ancestro común de estos moluscos.

         Los cefalópodos parecen haberse mantenido al margen de la teoría de la evolución, con su sistema genético sin grandes cambios durante cientos de millones de años. Algo que, sin duda, indica que la estrategia genética de estos animales es muy diferente a la de los mamíferos y ha sido especialmente efectiva. Por ejemplo, mientras que los humanos tienen el sistema XX/XY, donde los varones poseen un cromosoma Y que define su sexo, los pulpos siguen un esquema distinto: los machos tienen dos cromosomas Z y las hembras solo uno. Los científicos no han encontrado evidencia de un cromosoma W, lo que sugiere que pudo haberse perdido con el paso del tiempo.

  Precisamente el pulpo común, Octopus vulgaris (Cuvier, 1797), por su complejo sistema nervioso, su avanzada capacidad de aprendizaje y sus excepcionales habilidades de camuflaje era necesario entender el ensamblaje del genoma a escala cromosómica Este fue el principal objetivo de la investigación internacional, con la participación del Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG). El estudio, publicado en la revista G3: como una iniciativa de colaboración coordinada por Ivo Gut, director del CNAG, para proporcionar tecnologías de secuenciación de ADN a investigadores del mundo académico y de la industria.

         Uno de los aportes más importantes del estudio ha sido descubrir más sobre el funcionamiento del cerebro, a partir del estudio de la plasticidad neuronal de los cerebros de cefalópodos. Según un investigador del CNAG, Tyler Alioto: "El ensamblaje de los 30 cromosomas del genoma del pulpo común y sus más de 23.000 genes resultó más fácil gracias a que utilizamos una combinación de nuevas tecnologías de secuenciación de ADN capaces de leer fragmentos muy largos de ADN a la vez y un método de secuenciación complementario capaz de agrupar las secuencias ensambladas en cromosomas. Este genoma ha supuesto un reto computacional sin precedentes, debido a la complejidad del genoma subyacente. Estamos satisfechos con los resultados”.

El resultado de la investigación ha sido todo un éxito, arrojando luz sobre los estudios genómicos anteriores, de gran ayuda para caracterizar la diversidad celular, la evolución de los cerebros de los cefalópodos y el repertorio de ARN no codificante propio de ellos. El ensamblaje contiene 2.800 millones de pares de bases, el 99,34 % de los cuales se encuentran en 30 cromosomas. La anotación del pulpo común comprende 23.423 genes codificadores de proteínas. Solo como referencia, el genoma humano contiene 20.000 genes, en 23 cromosomas.

        Además de convertirse en un importante modelo emergente para futuros estudios evolutivos de cefalópodos, el genoma a nivel cromosómico del Octopus vulgaris supondrá un gran avance en la neurociencia comparada, la investigación de la cognición y la biología del desarrollo y para profundizar en el estudio del sistema nervioso, del aprendizaje y de la memoria, no solo en el ámbito de los cefalópodos, sino también en el de los mamíferos y convierte también a los pulpos en un grupo modelo comparativo para estudios neurofisiológicos. 

Los pulpos tienen un cromosoma sexual de los más antiguos conocidos. Es probable que exista desde hace 480 millones de años, descubrimiento que ha servido para determinar que algunos cefalópodos usan cromosomas para determinar su sexo. Current Biology explica en un estudio encabezado por la Universidad de Oregón (EUA), en el pulpo californiano de dos manchas (Octopus bimaculoides) donde demuestran que los pulpos y otros cefalópodos, que incluye a los calamares y nautilos, utilizan cromosomas para determinar su sexo.

          Pero como los cefalópodos no son animales de laboratorio, solo se han secuenciado los genomas de unas pocas especies de pulpo, sin poder vincular los genes a rasgos específicos, como en el caso de los ratones o los humanos. El equipo que secuenció el ADN de una hembra de pulpo de dos manchas de California, descubrió un cromosoma con solo la mitad de material genético, con un aspecto diferente de todos los demás y no se había encontrado en pulpos macho cuyo ADN se había secuenciado previamente. “Este cromosoma en concreto tenía la mitad de datos de secuenciación, lo que indicaba que solo había una copia” y tras analizarlo concluyeron que era un cromosoma sexual.

 

          Los investigadores hallaron otro ejemplo del cromosoma en otra especie de pulpo, así como en calamares, que evolucionaron a partir de los pulpos hace entre 248 y 455 millones de años, y en el nautilo, un molusco que se separó del pulpo hace aproximadamente 480 millones de años. Estos cromosomas, influyen directamente en la capacidad reproductora, están sometidos a una gran presión selectiva y tienden a sufrir rápidos cambios evolutivos, pero los cefalópodos parecen haber encontrado lo que funciona y lo han mantenido.

 

          El equipo consideró inicialmente que los pulpos podrían tener un sistema de determinación del sexo similar al de las aves y las mariposas, en el que los machos son ZZ y las hembras ZW. Los biólogos han dado letras diferentes a los sistemas de determinación del sexo en los que los machos tienen dos copias del mismo cromosoma sexual, para evitar confusiones con el sistema XX/XY en el que las hembras tienen dos copias del mismo cromosoma, explicó la Universidad de Oregón. El equipo aún no ha encontrado un cromosoma W en un pulpo, por lo que otra posibilidad es que tengan un sistema de determinación del sexo en el que solo intervenga el Z: los machos tienen un par y las hembras solo uno, pero es algo aún por determinar.

Maracaibo, lunes 17 de marzo del año 2025