Cómo los calamares y los pulpos obtienen sus grandes cerebros

Resumen: Las células madre neurales de los cefalópodos funcionan de manera similar a las de los vertebrados durante el desarrollo del sistema nervioso.

fuente: harvard

Los cefalópodos, que incluyen pulpos, sepias y sus primos sepias, son capaces de algunos comportamientos realmente atractivos. Pueden procesar rápidamente la información para transformar la forma, el color e incluso la textura, y combinarla con su entorno. También pueden comunicarse, mostrar signos de aprendizaje espacial y usar herramientas para resolver problemas. Son muy inteligentes, e incluso pueden aburrirse.

No es ningún secreto lo que hace esto posible: los cefalópodos tienen los cerebros más complejos de todos los invertebrados del planeta. Pero lo que sigue siendo un misterio es el proceso. Básicamente, los científicos se han preguntado durante mucho tiempo cómo obtienen los cefalópodos sus grandes cerebros en primer lugar.

El laboratorio de Harvard que estudia el sistema visual de estas criaturas de cuerpo blando, donde se concentran dos tercios del tejido de procesamiento central, cree que están cerca de descubrirlo. Dicen que el proceso suena sorprendentemente familiar.

Investigadores del Centro FAS de Biología de Sistemas describen cómo utilizaron una nueva tecnología de imágenes en vivo para observar la creación de neuronas en un embrión casi en tiempo real. Luego pudieron rastrear esas células a través del desarrollo del sistema nervioso en la retina. Lo que vieron los sorprendió.

Las células madre neurales que rastrearon se comportaban de manera extraña con la forma en que estas células se comportan en los vertebrados a medida que evolucionaba su sistema nervioso.

Se sugiere que los vertebrados y los cefalópodos, aunque divergieron entre sí hace 500 millones de años, no solo usan mecanismos similares para hacer sus grandes cerebros, sino que este proceso y la forma en que las células funcionan, se dividen y se forman pueden pintar fundamentalmente el modelo requerido para desarrollar este tipo. del sistema nervioso.

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«Nuestras conclusiones fueron sorprendentes porque durante mucho tiempo se pensó que gran parte de lo que sabemos sobre el desarrollo del sistema nervioso en los vertebrados es peculiar de este linaje», dijo Christine Koenig, investigadora principal de la Universidad de Harvard y autora principal del estudio.

«Al notar el hecho de que el proceso es muy similar, lo que nos sugirió es que estos dos sistemas han desarrollado de forma independiente dos sistemas nerviosos muy grandes que usan los mismos mecanismos en su construcción. Lo que esto indica es que esos mecanismos, esas herramientas, que los animales usan durante la evolución pueden ser importantes para construir grandes sistemas nerviosos».

Científicos del Laboratorio Koenig se centraron en la retina de una sepia llamada Doryteuthis pealeii, más simplemente conocido como un tipo de calamar de aleta larga. Los calamares crecen hasta casi un pie de largo y son abundantes en el Océano Atlántico Noroccidental. Como fetos, se ven absolutamente hermosos con una cabeza grande y ojos grandes.

Los investigadores utilizaron técnicas similares a las que se han extendido para estudiar organismos modelo, como la mosca de la fruta y el pez cebra. Crearon herramientas especiales y utilizaron microscopios avanzados que podían tomar imágenes de alta resolución cada diez minutos durante horas para ver cómo se comportan las células individuales. Los investigadores usaron tintes fluorescentes para marcar las células para que pudieran mapearlas y rastrearlas.

Esta tecnología de imágenes en vivo permitió al equipo monitorear las células madre llamadas células progenitoras neurales y cómo están organizadas. Las células forman un tipo especial de estructura llamada epitelio pseudoestratificado. La principal ventaja es que las celdas se alargan para que puedan empaquetarse densamente.

Los investigadores también vieron que los núcleos de estas estructuras se movían hacia arriba y hacia abajo antes y después de la mitosis. Este movimiento es importante para mantener los tejidos organizados y para un crecimiento continuo, dijeron.

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Se sugiere que los vertebrados y los cefalópodos, aunque divergieron entre sí hace 500 millones de años, no solo usan mecanismos similares para hacer sus grandes cerebros, sino que este proceso y la forma en que las células funcionan, se dividen y se forman pueden pintar fundamentalmente el modelo requerido para desarrollar este tipo. del sistema nervioso. La imagen es de dominio público.

Este tipo de estructura es universal en la forma en que las especies de vertebrados desarrollan sus cerebros y ojos. Históricamente, se consideró una de las razones por las que el sistema nervioso de los vertebrados se vuelve tan grande y complejo. Los científicos han observado ejemplos de este tipo de neuroepitelio en otros animales, pero el tejido de calamar que observaron en este caso era inusualmente similar al de los vertebrados en su tamaño, organización y forma de mover el núcleo.

La investigación fue dirigida por Francesca R. Naples y Christina M. Daly, asistentes de investigación en el laboratorio de Koenig.

A continuación, el laboratorio planea observar cómo aparecen los diferentes tipos de células en los cerebros de los cefalópodos. Koenig quiere determinar si se expresa en diferentes momentos, cómo deciden convertirse en un tipo de neurona frente a otro y si esta acción es similar en todas las especies.

Konig está entusiasmado con los posibles descubrimientos que se avecinan.

«Uno de los puntos más importantes de este tipo de trabajo es lo importante que es estudiar la diversidad de la vida», dijo Koenig. «Al estudiar esta diversidad, realmente puedes volver incluso a las ideas básicas sobre nuestro desarrollo y nuestras preguntas relacionadas con la biomedicina. Realmente puedes hablar sobre esas preguntas».

Sobre esta investigación en Neuroscience News

autor: Juan Celesar
fuente: harvard
Contacto: Juan Celezar – Harvard
imagen: La imagen es de dominio público.

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«La evolución de la retina de los cefalópodos muestra mecanismos de neurogénesis similares a los de los vertebradosEscrito por Kristen Koenig et al. biología actual

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Resumen

La evolución de la retina de los cefalópodos muestra mecanismos de neurogénesis similares a los de los vertebrados

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Reflejos

  • Las células progenitoras de la retina del calamar experimentan una migración nuclear intercinética
  • Se identifican células progenitoras, posmitóticas y transcripcionalmente diferenciadas
  • La señalización de muesca puede regular tanto el ciclo celular de la retina como el destino celular en el calamar

Resumen

Los cefalópodos coloides, incluidos la sepia, la sepia y el pulpo, tienen sistemas nerviosos grandes y complejos y ojos muy agudos, tipo cámara. Estas características solo son comparables con las características que evolucionaron de forma independiente en el linaje de los vertebrados.

El tamaño del sistema nervioso de un animal y la diversidad de los tipos de células que lo componen son el resultado de la estricta regulación de la proliferación y diferenciación celular en el desarrollo.

Los cambios en el proceso de desarrollo durante el desarrollo que conducen a una diversidad de tipos de neuronas y un tamaño alterado del sistema nervioso no se comprenden bien.

Aquí, fuimos pioneros en técnicas de imágenes en vivo y realizamos un interrogatorio funcional para mostrar que el calamar Doryteuthis pealeii Utiliza mecanismos durante la formación de neuronas retinianas que son característicos de los procesos de vertebrados.

Encontramos que las células progenitoras de la retina del calamar experimentan una migración nuclear hasta que salen del ciclo celular. Determinamos la organización retiniana correspondiente de células progenitoras, posmitóticas y diferenciadas.

Finalmente, encontramos que la señalización de Notch puede regular el ciclo celular de la retina y el destino celular. Dada la evolución convergente de sistemas visuales elaborados en cefalópodos y vertebrados, estos hallazgos revelan mecanismos comunes que subyacen al crecimiento de primitivos neuronales altamente proliferativos.

Este trabajo destaca los mecanismos que pueden alterar la medida de la variación genética y contribuir a la evolución de la complejidad y el crecimiento en los sistemas nerviosos de los animales.

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