I polpi, che ormai sappiamo essere forse i molluschi più intelligenti e sorprendenti, hanno trovato una soluzione per proteggere il loro sistema nervoso dai cambiamenti repentini delle temperature.
Questo perché, anche in caso di grosse fluttuazioni climatiche, sono in grado di ricodificare velocemente le proteine delle loro cellule nervose, assicurandosi che anche in caso di calo rapido della temperatura, le attività neurologiche funzionali di base non siano compromesse.
Ma come è possibile? Possono modificare rapidamente il loro RNA, un’abilità comune anche ad altri cefalopodi, come i calamari e le seppie.
È una strategia insolita e stupefacente, ma sembra essere efficace e diffusa in queste specie.
L’influenza delle temperature nei cefalopodi
Siamo portati a pensare che le informazioni contenute nel nostro genoma siano fisse, stabili, immutabili. Ma chi si occupa di evoluzione sa che non è così e che l’ambiente gioca un ruolo fondamentale, influenzando il tipo di proteine codificate dal nostro DNA e il modo in cui esso si esprime.
Il team di scienziati del Marine Biological Laboratory dell’Università di Chicago e del Dipartimento di Biologia della Saint Francis University (Pennsylvania) che si è occupato di questa nuova ricerca (pubblicata su Cell) sostiene che nei cefalopodi l’influenza delle temperature può avere un riscontro quasi immediato, soprattutto per quanto riguarda le proteine del sistema nervoso, cioè quello più importante.
Ma facciamo un passo indietro: le variazioni DNA determinano la forma e la funzione delle singole proteine che costruiscono i nostri corpi, inclusi i sistemi e i supporti strutturali all’interno del nostro cervello.
Tuttavia, il DNA non produce direttamente le proteine. Quelle “istruzioni” codificate chimicamente nel nostro genoma rimangono nel nucleo delle cellule e vengono copiate attraverso una molecola intermedia chiamata RNA messaggero (o mRNA), che viaggia dal nucleo al citoplasma (cioè la porzione della cellula compresa tra il nucleo e la membrana esterna) verso i ribosomi, delle “macchine” di effettiva costruzione e produzione delle proteine.
Nella maggior parte degli organismi, questo è piuttosto semplice; una volta prodotta la molecola di RNA “stampo”, non si verifica più alcun cambiamento.
Nei cefalopodi, tuttavia, le cose sembrano essere leggermente diverse.
L’editing rapido dell’RNA nei cefalopodi
Nel 2015, gli scienziati avevano già scoperto che nei calamari, nelle seppie e nei polpi, l’mRNA (e quindi le proteine che verranno da esso prodotte) può essere modificato sul momento, DOPO aver lasciato il nucleo, consentendo una risposta rapida e immediata a un cambiamento esterno. Ma ancora non era chiara la natura di questo adattamento repentino, così insolito nelle altre specie, che in genere ci mettono generazioni a modificare e a trasmettere una modifica del DNA.
La spiegazione più plausibile sembra essere proprio quella delle variazioni di temperatura. Infatti, tutti gli organismi marini sono soggetti a un’ampia gamma di variazioni e i cefalopodi, al contrario dei mammiferi, non hanno la capacità di termoregolarsi attivamente. L’editing rapido dell’RNA offrirebbe quindi loro la possibilità di cambiare, anche più volte, a seconda delle condizioni, senza l’implementazione a lungo termine e la relativa permanenza dell’editing del DNA, che “fisserebbe” la mutazione.
Il team di ricercatori è partito da questo assunto per studiare la specie Octopus bimaculoides (Polpo bimaculato della California) il cui intero genoma era già stato sequenziato per intero nel 2005.
I polpi sono stati acclimatati prima in acqua calda a 22°C e poi a 13°C. Sono stati prelevati dei campioni genetici in entrambe le situazioni e sono stati confrontati con le informazioni del database esistente, in particolare su 60mila siti di editing noti del genoma di questa specie. Gli scienziati hanno così scoperto che ⅓ , cioè non in maniera puntuale ma estesa, dei siti presi in esame ha subito modifiche indotte dallo stress termico.
Ma la cosa più rilevante è che le proteine che vengono modificate tendono ad essere proteine neurali, e quasi tutti i siti che sono sensibili alla temperatura sono più altamente modificati dalle basse temperature.
Le modifiche sembrano essere una risposta al freddo e riguardano le proteine del sistema nervoso, più sensibile alle basse temperature.
Successivamente è stato verificato, tramite appositi test delle proteine strutturali fondamentali per la funzione del sistema nervoso, che i cambiamenti apportati hanno avuto un impatto sulla loro funzione.
Per essere sicuri che l’esperimento non fosse falsato dall’ambiente di laboratorio, i ricercatori lo hanno ripetuto su altri polpi bimaculati della California, però selvaggi, e su esemplari di un’altra specie simile, l’Octopus bimaculatus, o polpo bimaculato di Verrill. Gli animali sono stati prelevati dal mare e campionati in estate e in inverno, I risultati relativi all’editing genetico erano del tutto simili a quelli analizzati in laboratorio, a dimostrazione che questi polpi possono ottimizzare le loro funzioni sulla base della temperatura dell’acqua.
Testando anche i tempi di questa modifica del RNA i ricercatori hanno scoperto che sono sorprendentemente brevi: pochi giorni.
Questi risultati suggeriscono che almeno una delle funzioni dell’editing dell’RNA tipica dei cefalopodi è una risposta rapida a condizioni climatiche che potrebbero essere pericolose per la sopravvivenza dell’animale.
Nel futuro gli scienziati si propongono l’obiettivo di valutare anche altre variabili che potrebbero essere coinvolte e stimolare lo stesso tipo di risposta, come le variazioni nei livelli di ossigeno, l’inquinamento, lo stress predatorio ecc.
Ciò che è certo è che i cefalopodi hanno ancora molto da rivelarci sulle loro incredibili capacità di adattamento a un ambiente che la nostra specie contribuisce così tanto a modificare.
