Os genomas estranhos dos cefalópodes revelam a sua inteligência invulgar

Os cefalópodes de corpo mole nunca deixam de surpreender pelas suas capacidades engenhosas: braços dotados de cérebro, camuflagem que muda de cor, talento para fugir e aptidão para resolver puzzles. Novas análises genéticas de lulas, polvos e chocos (coleoides) mostram que os seus genomas são tão deliciosamente estranhos quanto os próprios animais.

O genoma dos cefalópodes «está incrivelmente revolvido», afirma a bióloga do desenvolvimento Caroline Albertin, que liderou um de dois novos estudos que identificaram reviravoltas invulgares na história genética destes cefalópodes.

Num esforço de grande escala, Albertin e os seus colegas sequenciaram os genomas de três cefalópodes de corpo mole: o polvo-de-duas-manchas-da-Califórnia (Octopus bimaculoides) - o primeiro polvo cujo genoma foi sequenciado, em 2005; a lula-costeira-de-barbatana-longa-do-Atlântico (Doryteuthis pealeii) - estudada como organismo-modelo em neurociência há quase um século; e a lula-rabo-de-coelho-havaiana (Euprymna scolopes) - um animal-modelo para a simbiose entre bactérias e animais.

Lula-rabo-de-coelho-havaiana a utilizar os seus agrupamentos de genes da cor. (David_Slater/iStock/Getty Images Plus)

Genomas dos cefalópodes e novas famílias de genes

Os cientistas identificaram várias famílias genéticas novas, muitas das quais são expressas no cérebro das lulas, além de expansões de genes já conhecidos, como os agrupamentos de genes ligados à alteração de cor dos cefalópodes, às suas ventosas e aos seus bicos.

Entre as expansões exclusivas contam-se os genes das protocaderinas, que poderão participar na construção de sistemas nervosos complexos, tanto nos humanos como nos cefalópodes. No entanto, estes animais geram diversidade neste gene através de cópias integrais do mesmo; nos humanos, essa variação resulta das diferentes formas como os genes são expressos.

Estas cópias contribuíram para aumentar os genomas dos cefalópodes: o genoma de Doryteuthis tem cerca de 1,5 vezes o tamanho do nosso, enquanto o do polvo-de-duas-manchas-da-Califórnia corresponde a cerca de 90% do tamanho do genoma humano.

Em contrapartida, os nossos genomas cresceram através da duplicação integral do genoma, uma característica à qual é atribuída a nossa complexidade avançada e a capacidade de gerar novas características evolutivas. Os cefalópodes parecem ter sofrido mudanças de dimensão semelhante, mas, como em tantas outras coisas que fazem, deram-lhes um toque próprio.

«Sabemos agora que a evolução dos cefalópodes de corpo mole envolveu alterações genómicas igualmente maciças, mas essas alterações não são duplicações de todo o genoma; são, antes, enormes reorganizações genómicas, como se os genomas ancestrais tivessem sido colocados num liquidificador», explica o neurobiólogo Clifton Ragsdale, da Universidade de Chicago.

Lula-costeira-de-barbatana-longa-do-Atlântico. (Elaine Bearer)

Reorganizações genéticas e sistema nervoso

Esta reorganização genética poderá ter dado a estas peculiares criaturas marinhas um impressionante conjunto de capacidades cognitivas, dotando-as dos maiores sistemas nervosos entre todos os invertebrados. Somando os neurónios dos braços e da cabeça, os polvos possuem cerca de 500 milhões de neurónios, um número comparável ao dos cães.

«Comparámos o genoma da lula com o de uma vieira e verificámos que muitos genes que estavam dispersos pelo genoma da vieira se tinham reunido em zonas específicas dos cromossomas da lula. Estes novos agrupamentos de genes formam unidades reguladoras. Isto significa que podem interagir entre si e alterar a fisiologia do animal», afirma a patologista molecular Akane Kawaguchi, coautora principal do segundo estudo, que examinou mais de perto o genoma da lula-rabo-de-coelho.

«Um dos agrupamentos de genes no genoma da lula contém cinco genes principais envolvidos no desenvolvimento do sistema nervoso.»

O agrupamento de genes relacionados permitiu uma maior eficiência e formas singulares de regulação genética.

Polvo-de-duas-manchas-da-Califórnia. (Tom Kleindinst)

Edição de ARN nos cérebros dos cefalópodes

Por último, há a célebre capacidade dos cefalópodes para editar os genes do próprio cérebro. Nos humanos, esta capacidade de edição do ARN mensageiro verifica-se em apenas um pequeno conjunto de proteínas importantes para o sistema nervoso, em menos de 1%, mas nos cefalópodes é muito mais disseminada.

Habitualmente, as mudanças na constituição de um animal surgem através de mutações nos seus esquemas de ADN. Neste caso, porém, é o ARN mensageiro - responsável pela produção de proteínas - que introduz as alterações. Há indícios de que esta capacidade possa dar aos cefalópodes maior flexibilidade para se adaptarem rapidamente ao ambiente, permitindo que o responsável pela construção improvise perante novas condições, mas isso ainda não está totalmente confirmado.

Albertin e a sua equipa concluíram que a edição de ARN destes animais se divide em duas categorias distintas: edições neurais e não neurais. Além de ocorrerem em tecidos diferentes, a frequência com que a edição acontece também é radicalmente distinta: a edição associada ao sistema nervoso verifica-se muito mais frequentemente, o que sugere ser extremamente importante para o funcionamento destes animais.

Todos estes mecanismos invulgares contribuíram para criar as inteligências alienígenas que hoje tanto admiramos, ao longo dos 300 milhões de anos desde que lulas e polvos partilharam um antepassado comum pela última vez. Mal podemos esperar para descobrir o que mais os seus estranhos genomas irão revelar.

Esta investigação foi publicada aqui e aqui na Nature Communications.