I geni “salterini” del cervello del polpo e dell’uomo
Studio a guida italiana identifica un’importante analogia molecolare che potrebbe spiegare la spiccata intelligenza dei polpi
[24 Giugno 2022]
Il polpo è un animale eccezionale, dotato di un cervello estremamente complesso e di capacità cognitive considerate uniche tra gli invertebrati e che per certi aspetti ha più cose in comune con i vertebrati che con gli invertebrati. Lo studio “Identification of LINE retrotransposons and long non-coding RNAs expressed in the octopus brain”, pubblicato recentemente su BMC Biology da un team internazionale di oltre 20 ricercatori coordinato da Remo Sanges, direttore del laboratorio di Computational Genomics della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste e da Graziano Fiorito, direttore del Dipartimento di biologia ed evoluzione degli organismi marini della Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli (SZN), ipotizza che «La spiccata complessità neurale e cognitiva di questi animali potrebbe trovare origine da una analogia molecolare con il cervello dell’uomo».
La scoperta, frutto della collaborazione tra SISSA, SZN e Istituto Italiano di Tecnologia, è avvenuta grazie a tecniche di next generation sequencing che hanno reso possibile l’analisi della composizione molecolare dei geni attivi nel sistema nervoso del polpo.
In particolare lo studio, che vede come principali autori Giuseppe Petrosino, Giovanna Ponte e Massimiliano Volpe, ha dimostrato che «Gli stessi geni “salterini” sono attivi nel cervello dell’uomo e in quello di due specie, Octopus vulgaris, il polpo comune, e Octopus bimaculoides, il polpo californiano. Una scoperta che potrebbe aiutarci a comprendere il segreto dell’intelligenza di questi affascinanti organismi».
Alla SISSA e all’ Anton Dohrn ricordano che «Il sequenziamento del genoma umano ha rivelato già nel 2001 che oltre il 45% del nostro genoma è composto da sequenze denominate trasposoni, geni “salterini” che, attraverso meccanismi molecolari di copia-e-incolla o taglia-e-incolla, possono “muoversi” da un punto all’altro del genoma di un individuo, spostandosi o duplicandosi. Nella maggior parte dei casi, questi elementi mobili restano silenziosi: non hanno effetti visibili e hanno perso la capacità di spostarsi. Alcuni sono inattivi perché hanno, nel corso delle generazioni, accumulato mutazioni; altri sono intatti, ma bloccati da meccanismi di difesa cellulare. Da un punto di vista evolutivo, anche i frammenti e le copie di trasposoni che costituiscono quasi la metà del nostro genoma possono essere utili, come “materia grezza” che l’evoluzione può scolpire. Tra questi elementi mobili, i più rilevanti sono quelli appartenenti alla famiglia dei cosiddetti LINE (Long Interspersed Nuclear Elements), presenti in un centinaio di copie nel genoma umano, ancora potenzialmente attivi. Si è sempre pensato che l’attività delle LINE rappresentasse solo una testimonianza dei processi evolutivi che hanno visto questi elementi protagonisti, ma negli ultimi anni si è arrivati a capire che la loro attività è finemente regolata nel cervello. Sono molti gli scienziati che credono che i trasposoni LINE siano associati alle capacità cognitive come l’apprendimento e la memoria: sono infatti particolarmente attivi nell’ippocampo, la struttura del nostro cervello più importante per il controllo neurale dei processi di apprendimento».
Lo studio rivela che «Il genoma del polpo, come quello umano, è ricco di frammenti di geni “salterini”, la maggior parte dei quali inattivi. Concentrandosi sui trasposoni ancora in grado di effettuare il copia-e-incolla, i ricercatori hanno identificato un elemento della famiglia LINE proprio in porzioni del cervello cruciali per le capacità cognitive di questi animali».
Sanges evidenzia che La scoperta di un elemento della famiglia LINE, attivo nel cervello delle due specie di polpi, è molto importante perché aggiunge supporto all’idea che questi elementi abbiano una funzione specifica che va oltre il copia-e-incolla».
La Ponte aggiunge: «Sono letteralmente saltata sulla sedia quando, al microscopio, ho visto un segnale di attività molto forte di questo elemento nel lobo verticale, la struttura del cervello che nel polpo è sede di apprendimento e capacità cognitive, proprio come l’ippocampo nell’uomo»
Per Petrosino e Stefano Gustincich dell’Istituto Italiano di Tecnologia «Questa analogia tra l’uomo ed il polpo che mostra l’attività di un elemento LINE nella sede delle capacità cognitive potrebbe essere un affascinante esempio di evoluzione convergente, un fenomeno per il quale, in due specie lontane geneticamente, si sviluppa lo stesso processo molecolare in maniera indipendente, in risposta a necessità simili».
Fiorito conclude: «Il cervello del polpo è funzionalmente analogo in molte delle sue caratteristiche a quello dei mammiferi. Anche per questo motivo le LINE identificate rappresentano un candidato molto interessante da studiare i fenomeni di plasticità e ampliare le nostre conoscenze sull’evoluzione dell’intelligenza».