Lungo i loro 8 tentacoli, i polpi hanno ventose altamente sensibili che consentono loro di esplorare metodicamente il fondale marino alla ricerca di cibo con quello che è stato chiamato "gusto al tatto". Invece, per cibarsi i calamari utilizzano una tattica molto diversa: si nascondono pazientemente per tendere imboscate che culminano in rapidissimi attacchi.
Nature ha pubblicato un'analisi unica delle nuove caratteristiche di questi animali. Si tratta di due studi condotti dagli scienziati dell'università della California - San Diego (UCSD) e dell'università di Harvard hanno tracciato gli adattamenti evolutivi delle capacità di rilevamento di polpi e calamari e che rivelano legami evolutivi con i recettori del cervello umano.
I ricercatori del nuovo laboratorio di Ryan Hibbs presso la School of Biological Sciences della UCSD e del il laboratorio di Nicholas Bellono ad Harvard hanno analizzato i cefalopodi in tutta la loro struttura proteica a livello atomico fino all'intero organismo funzionale e si sono concentrati sui recettori sensoriali come «Sito chiave per l'innovazione evolutiva all'incrocio tra ecologia, elaborazione neurale e comportamento». Osservando il modo in cui polpi e calamari percepiscono i loro ambienti marini, hanno scoperto «Nuove famiglie di recettori sensoriali e determinato come guidano comportamenti distinti nell'ambiente». Con la tecnologia della microscopia crioelettronica, che utilizza temperature criogeniche per scoprire processi e strutture biologici unici, hanno dimostrato che «Gli adattamenti possono aiutare a portare a nuovi comportamenti».
Hibbs, che è un neurobiologo che studia da tempo la struttura di una famiglia di proteine presenti negli esseri umani che mediano la comunicazione tra i neuroni cerebrali e altre aree come tra neuroni e cellule muscolari, ricorda che «I cefalopodi sono ben noti per i loro intricati organi sensoriali, sistemi nervosi elaborati e comportamenti sofisticati che sono paragonabili a quelli dei vertebrati complessi, ma con un'organizzazione radicalmente diversa. I cefalopodi forniscono esempi sorprendenti di evoluzione convergente e divergente che possono essere sfruttati per comprendere le basi molecolari della novità attraverso i livelli di organizzazione biologica».
Nello studio “Structural basis of sensory receptor evolution in octopus”, i team di ricerca hanno descritto per la prima volta la struttura di un recettore del polpo che viene utilizzato nei tentacoli per l'esplorazione gusto-tocco. Gli scienziati evidenziano che «Questi recettori chemiotattili sono simili ai recettori del cervello umano e dei neurotrasmettitori muscolari, ma si sono adattati attraverso l'evoluzione per aiutare a valutare possibili fonti di cibo nell'ambiente marino». Hibbs spiega ancora: «Nel polpo, abbiamo scoperto che questi recettori chemiotattili contattano fisicamente le superfici per determinare se l'animale dovrebbe mangiare una potenziale fonte di cibo o rifiutarla. Attraverso la loro struttura, abbiamo scoperto che questi recettori sono attivati da molecole grasse, inclusi steroidi simili al colesterolo. Con analisi evolutive, biofisiche e comportamentali, abbiamo mostrato come adattamenti strutturali sorprendentemente nuovi facilitano la transizione del recettore da un ruolo ancestrale nella neurotrasmissione a una nuova funzione nella chemosensazione dipendente dal contatto di sostanze chimiche ambientali grasse».
L’altro studio “Sensory specializations drive octopus and squid behaviour” pubblicato su Nature si è concentrato sui calamari e sulla loro strategia di imboscata. I ricercatori hanno combinato genetica, fisiologia ed esperimenti comportamentali e hanno scoperto una nuova classe di antichi recettori chemotattili e una nuova struttura. Hanno anche condotto un'analisi evolutiva per collegare gli adattamenti nei recettori dei calamari alle espansioni più elaborate nei polpi. Sono stati quindi in grado di collocare i recettori dei neurotrasmettitori chemiotattili e ancestrali su una linea temporale evolutiva e hanno descritto come gli adattamenti evolutivi hanno portato allo sviluppo di nuovi comportamenti.
Hibbs conferma: «Abbiamo scoperto una nuova famiglia di recettori della superficie cellulare che offrono un raro sguardo nell'evoluzione dei sensi perché rappresentano la transizione più recente e l'unica funzionalmente trattabile dal neurotrasmettitore ai recettori ambientali in tutto il regno animale. Le nostre strutture di questi recettori unici dei cefalopodi gettano le basi per la comprensione meccanicistica delle principali transizioni funzionali nel remoto tempo evolutivo e all'origine della novità biologica».
Hibbs conclude: «La coppia di nuovi studi fornisce un eccellente esempio di come la curiosità per creature interessanti possa portare a intuizioni importanti per tutta la biologia, vale a dire come le proteine, i mattoni della vita, si adattano per mediare nuove funzioni e comportamenti. Questi studi sono un ottimo esempio di ciò che significa essere uno scienziato: meraviglia, esplorazione e comprensione di come funzionano le cose».
