Febbraio 2, 2023

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Qual è il comune denominatore tra i polpi e il cervello umano

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Riepilogo: I polpi hanno un repertorio enormemente espanso di mRNA nei loro tessuti nervosi, che riflette un’evoluzione simile a quella dei vertebrati. I risultati indicano che i miRNA svolgono un ruolo importante nello sviluppo di cervelli complessi.

fonte: MDC

Cefalopodi come polpi, seppie e seppie sono animali molto intelligenti con sistemi nervosi complessi. In Science Advances, un team guidato da Nicholas Rajewski del Max Delbrück Center ha ora dimostrato che il loro sviluppo è legato all’espansione esponenziale del repertorio di microRNA.

Se torniamo abbastanza indietro nella storia dell’evoluzione, incontriamo l’ultimo antenato comune conosciuto di umani e cefalopodi: un animale primitivo simile a un verme con un’intelligenza minima e semplici macchie oculari.

Successivamente, il regno animale può essere diviso in due gruppi di organismi: quelli con una spina dorsale e quelli senza.

Mentre i vertebrati, in particolare altri primati e 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 solo questi molluschi potessero sviluppare un sistema nervoso così complesso. Ora, un team internazionale guidato da ricercatori del Max Delbrück Center e del Dartmouth College negli Stati Uniti ha avanzato una possibile causa.

In una ricerca pubblicata inLa scienza avanzaSpiegano che i polpi possiedono un vasto repertorio di microRNA (miRNA) nei loro tessuti nervosi, rispecchiando sviluppi simili che si sono verificati nei vertebrati: “Quindi, questo è ciò che ci collega al polpo!”, Afferma il professor Nikolaus Ragowski, direttore scientifico del Berlin Institute for Medical Systems Biology Presso il Max Delbrück Center (MDC-BIMSB), Head of Systems Biology of the Gene Regulatory Elements Laboratory, e recente autore dell’articolo, spiega che questa scoperta probabilmente significa che le micromolecole svolgono un ruolo essenziale nella sviluppo di cervelli complessi.

Nel 2019, Rajewsky ha letto un post sulle analisi genetiche effettuate sui polpi. Gli scienziati hanno scoperto che in questi cefalopodi avviene molta modifica dell’RNA, il che significa che fanno un uso massiccio di alcuni enzimi che possono ricodificare il loro RNA.

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“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”, ricorda Rajewsky. Inizia così una collaborazione con la stazione di ricerca marina Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli, che gli invia campioni di 18 diversi tipi di tessuto di polpi morti.

I risultati di queste analisi sono stati sorprendenti: “C’è stata davvero molta modifica dell’RNA, ma non nelle regioni che riteniamo importanti”, afferma Rajewsky.

La scoperta più interessante è stata in realtà 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 ha concluso che erano chiaramente benefici per gli animali e quindi funzionalmente importanti.

Ragowski ricerca le microparticelle da oltre 20 anni. Invece di essere tradotti in RNA messaggero, che fornisce 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 queste nuove micromolecole hanno un’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 Grigory Zolotarov, uno scienziato ucraino che si è formato nel laboratorio di Rajewsky presso MDC-BIMSB mentre completava la scuola di medicina a Praga, e successivamente .

“Per darti un’idea delle dimensioni, le vongole, che sono anche molluschi, hanno acquisito solo cinque nuove famiglie di microRNA dall’ultimo antenato che condividevano con i polpi, mentre i polpi ne hanno guadagnati 90!” Le ostriche non sono esattamente conosciute per la loro intelligenza, aggiunge Zolotaroff.

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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”.

Guardare un polpo è molto diverso dal guardare un pesce, dice: “Non è molto scientifico, ma i loro occhi trasudano intelligenza”. I polpi hanno occhi “telecamera” complessi simili agli umani.

Da una prospettiva evolutiva, i polpi sono unici tra gli invertebrati. Hanno un cervello centrale e un sistema nervoso periferico, un organo in grado di agire in modo indipendente. Se il polpo perde i suoi tentacoli, il tentacolo rimane sensibile al tatto e può muoversi.

I polpi hanno complessi occhi “a macchina fotografica”, come si vede qui in un giovane. Credito: Nir Friedmann

Il motivo per cui i polpi sono solitari nello sviluppo di 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 conoscere persone e apprezzarne alcune più di altre.

I ricercatori ora credono che sognino persino, poiché cambiano il colore e la struttura della pelle mentre dormono.

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creature simili ad alieni

“Dicono che se vuoi incontrare uno straniero, fai immersioni e fai amicizia con un polpo”, dice Rajewsky.

Ora ha in programma di unirsi ad altri ricercatori sul polpo per formare una rete europea che consentirà maggiori scambi tra 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.

È affascinante, dice, analizzare una forma di intelligenza che si è evoluta in modo completamente indipendente dalla nostra. Ma non è facile: “Se fai dei test con loro usando piccoli snack come ricompensa, presto perderanno interesse. Almeno, così mi dicono i miei colleghi”, dice Ragoski.

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“Poiché i polpi non sono organismi modello tipici, i nostri strumenti biomolecolari sono stati molto limitati”, afferma Zolotarov. “Quindi non sappiamo ancora esattamente quali tipi di cellule esprimono il nuovo microRNA”. Il team di Rajewsky ora prevede di applicare una tecnologia sviluppata nel laboratorio di Rajewsky, che renderà le cellule nei tessuti del polpo visibili a livello molecolare.

Su questa novità di genetica e neuroscienze evolutive

autore: Jana Schlotter
fonte: MDC
Contatto: Jana Schloter – MDC
immagine: Crediti immagine a Nir Friedman

Ricerca originale: accesso libero.
I microRNA sono intimamente legati all’emergere del complesso cervello di polpoScritto da Nicholas Ragowski et al. La scienza avanza


Riepilogo

I microRNA sono intimamente legati all’emergere del complesso cervello di polpo

I cefalopodi dal corpo molle come i polpi sono invertebrati eccezionalmente intelligenti con un sistema nervoso altamente complesso che si è evoluto indipendentemente dai vertebrati. Dato l’elevato editing dell’RNA nei loro tessuti neuronali, abbiamo ipotizzato che la regolazione dell’RNA potrebbe svolgere un ruolo chiave nel successo cognitivo di questo gruppo.

Pertanto, abbiamo caratterizzato l’RNA messaggero e il piccolo RNA in tre specie di cefalopodi, inclusi 18 tessuti di polpo comune. Mostriamo che la principale innovazione dell’RNA dei cefalopodi dal corpo molle è un’espansione del repertorio genico del microRNA (miRNA).

Questi miRNA evolutivamente nuovi sono stati espressi principalmente nel tessuto neurale adulto e durante lo sviluppo e hanno mantenuto siti bersaglio funzionali e quindi potenzialmente funzionali. Le uniche espansioni simili di miRNA, in particolare, si sono verificate nei vertebrati.

Pertanto, proponiamo che le micromolecole siano intimamente legate allo sviluppo di cervelli animali complessi.