Neurociencia y la creación de calamares transparentes

08/09/2020

Juan Zaragoza, profe de Frontera de la ciencia y la tecnología.

Este año, por primera vez, se bloqueó exitosamente un gen en un cefalópodo, anulando la expresión de un pigmento negro en su piel. Aunque no sea evidente a simple vista, este avance abre líneas de investigación prometedoras, no solo en genética y biología, sino también en neurociencias y ciencias de la conducta. Curiosa afirmación. ¿Por qué la modificación genética de pulpos y calamares podría ayudarnos a estudiar psicología? ¿Qué tiene que ver una cosa con la otra? 

Hay dos motivos para hacer esta aserción. Por un lado, por lo importante que es poder manipular la genética de los organismos para poder entenderlos mejor. Por el otro (quizás más llamativo) por lo sumamente interesantes que son los cefalópodos, quienes por su inteligencia, por las peculiaridades de su sistema nervioso y por su enorme distancia evolutiva para con el ser humano, se los ha llegado a llamar los “alienígenas del mar”.

Vamos por partes. No es poco común que la frontera de la investigación científica esté condicionada por el estado de la ingeniería. Desde el microscopio hasta el acelerador de partículas, la técnica es muchas veces el factor habilitante de ciertas observaciones, y por lo tanto, muchas veces determina qué experimentos pueden hacerse de manera viable. En el caso de la biología, y en particular de la genética, la ingeniería necesaria toma un giro interesante: no solo es necesario desarrollar instrumentos de medición y condiciones adecuadas del entorno de experimentación, sino que también necesita desarrollar el propio objeto de estudio.

Para evaluar la dependencia de variables en sistemas muy complejos es necesario poder aislarlas. Cuando en un sistema todas las variables varían mucho en diversas observaciones, es muy difícil tener grupos de control para los experimentos sin poder manipular artificialmente el sistema en cuestión. Si queremos observar, por ejemplo, los efectos de un gen en relación a cierto fenotipo, un primer acercamiento suele ser observar los fenotipos de dos organismos cuya genética difiere solamente en el gen en cuestión. De otro modo, no podría descartarse que los efectos de la diferencia a nivel fenotípico surgieran de algún otro gen que a la sazón también fuera distinto en ambos casos. Para hacer esto, es necesario tener la capacidad de modificar la genética de un organismo.

El calamar pálido, sujeto particular del artículo, y en su momento ganador de un premio Nobel, perdió terreno esta última década como objeto de estudio ante organismos más conocidos. Por su axón gigante, sirvió en los primeros experimentos en que se corroboró la hipótesis de Hodgkin y Huxley sobre el funcionamiento del potencial de acción, cuyo modelo es utilizado hasta la actualidad y fue merecedor del prestigioso premio antes mencionado. Sin embargo, con el advenimiento de la tecnología de CRISPR, una vez que estas técnicas habían sido bien dominadas para organismos como el ratón o la mosca de la fruta, los cefalópodos paulatinamente fueron quedando fuera de la escena como objetos de estudio predilectos para los y las geneticistas. Este año, como se ha dicho, se llevó a cabo por primera vez un bloqueo genético en un calamar, con el efecto fenotípico de hacer desaparecer un pigmento que contenían en su piel y sus retinas. El resultado exitoso en la modificación del calamar achica la brecha entre los cefalópodos y el puñado de organismos sobre los cuales tenemos dominio genético. De esta manera, en el balance, cada vez pesarán más las particularidades que hacen a los cefalópodos, por sí mismos, objetos de investigación tan fascinantes.

Como ya hemos mencionado, este interés excede con creces a la existencia de un axón gigante. Los cefalópodos son animales de conducta inteligente y compleja, con sistemas nerviosos que se desarrollaron de manera casi independiente al nuestro. Nuestro ancestro común era algo así como un gusano con ojos, y la división evolutiva se dio hace unos 600 millones de años. De un lado quedaron los artrópodos (entre ellos los insectos) y los moluscos; y del otro los animales vertebrados. Los cefalópodos son moluscos. Nuestro ancestro común tenía neuronas, sí, pero muy pocas (probablemente no superaba las 300). Esto significa que la conducta inteligente se desarrolló dos veces, por lo menos, en forma completamente independiente en nuestro planeta. Esta independencia nos permite hacer estudios comparativos respecto de las condiciones que llevan a que surja una conciencia, pero además lleva a que existan varias diferencias radicales en cómo se manifiesta su conducta y su sistema nervioso, respecto del nuestro, que también ameritan ser mencionadas.

Los pulpos durante años mostraron conductas sorprendentes. Se escapaban de sus acuarios, reconocían patrones en el patrullaje de los investigadores, y además de resolver varios laberintos en contextos experimentales, otras varias veces simplemente se dedicaron a boicotear experimentos. Su flexibilidad de conducta y su capacidad de aprendizaje los colocaron en el podio de la inteligencia animal. Más sorprendente aún fue, en 2009, el descubrimiento de una ciudad subacuática de pulpos, bautizada Octópolis, en que sus habitantes mostraron tener patrones complejos de reproducción y jerarquías en cuanto a dominios territoriales, cuyo reconocimiento requiere un grado especialmente alto de inteligencia.

Por dentro, su sistema nervioso también es fascinante. En lugar de centrarse en un sistema nervioso central, su procesamiento de información sensorial y motriz está compuesto de diversos ganglios distribuidos en todo su cuerpo. De esta manera, las concentraciones nerviosas permiten que un tentáculo procese información del entorno y responda en modo acorde por sí mismo, sin requerir ayuda encefálica, y que también, cuando el contexto lo amerite, pueda comunicarse con el resto del cuerpo para solucionar los problemas correspondientes. 

Por otra parte, varias especies de cefalópodos pueden cambiar el color de varios pigmentos en su piel, lo cual les permite ocultarse de depredadores, pero también podrían incluir cambios en la visión y la comunicación. A veces, forman patrones de colores que se mueven en su piel, lo cual es inexplicable si el único objetivo fuera el camuflaje, y cuyo propósito definitivo aún no está del todo claro. Se ha observado la expresión de patrones en instancias de interacción entre pulpos, de maneras que serían consistentes con que tuviera también fines comunicativos. Otra hipótesis es que podrían servir para percibir colores a través de la piel, lo cual es algo que haría más curiosa a la posibilidad que tienen de procesar información sensorial directamente desde los tentáculos. Muchas especies que desarrollan estos patrones tienen fotorreceptores en varias regiones de su piel, que permitirían medir la intensidad de la luz directamente. Cuando alrededor de un medidor de intensidad de luz se tiene la capacidad de reflejar con la piel colores distintos, el fotorreceptor puede servir también para percibir color. Esto es porque la magnitud de la variación de la intensidad de luz depende de la variación del pigmento de la piel en función del color de la luz en el entorno. Si la luz del entorno es roja, un pigmento rojo refleja la totalidad de la luz mientras que un pigmento azul no refleja nada. Con lo cual, si solo varía la intensidad del pigmento azul en la piel que rodea el fotorreceptor, la intensidad de luz percibida por el fotorreceptor no cambiaría. En cambio, si variara la intensidad de la pigmentación roja, la intensidad de luz variaría significativamente. De esta manera, las condiciones están dadas para que dichos patrones sirvan para percibir color a través de la piel, pero todavía no hay resultados conclusivos al respecto.

El avance en cuanto al conocimiento y la capacidad de modificación genética en los cefalópodos permite que podamos buscar respuestas a las preguntas que estos animales nos presentan, de manera mucho más poderosa. El artículo que presenta la modificación genética se publicó bajo el título “Highly Efficient Knockout of a Squid Pigmentation Gene” el 30 de Julio de 2020 en la revista Current Biology. La importancia a nivel neurocientífico de los cefalópodos se describe con un tono muy agradable en “Other Minds: The Octopus, the Sea, and the Deep Origins of Consciousness”, libro escrito por Peter Godfrey-Smith y fuente consultada para la escritura de esta nota.

Juan Zaragoza