La búsqueda de un modelo de pulpo que no muera después de poner sus huevos

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Un laboratorio en Massachusetts finalmente pudo haber encontrado un cefalópodo de ocho brazos que puede servir como organismo modelo y ayudar en la investigación científica.

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por Elizabeth Preston

Fotografías y Video por Matt Cosby

El tanque parecía vacío, pero al voltear una concha se encontró un pulpo escondido no más grande que una pelota de ping-pong. Ella no se movió. Entonces, de repente, estiró sus brazos con volantes mientras su piel cambiaba de beige perla a un patrón de rayas de bronce vivo.

“Ella está tratando de hablar con nosotros”, dijo Bret Grasse, gerente de operaciones de cefalópodos en el Laboratorio de Biología Marina, un centro de investigación internacional en Woods Hole, Massachusetts, en la esquina suroeste de Cape Cod.

El diminuto pulpo rayado es parte de una colonia experimental en el laboratorio donde los científicos están tratando de convertir los cefalópodos en organismos modelo: animales que pueden vivir y reproducirse en instituciones de investigación y contribuir al estudio científico durante muchas generaciones, como lo hacen los ratones o las moscas de la fruta.

Los cefalópodos fascinan a los científicos por muchas razones, incluidos sus ojos avanzados similares a cámaras y sus grandes cerebros, que evolucionaron independientemente de los ojos y cerebros de los humanos y nuestros parientes con columna vertebral. Un pulpo, sepia o calamar es esencialmente un caracol que cambió su caparazón por inteligencia. "Tienen el cerebro más grande de todos los invertebrados", dijo Joshua Rosenthal, neurobiólogo del Laboratorio de Biología Marina. "Quiero decir, ni siquiera está cerca".

Los cefalópodos modelo serían una bendición para los biólogos. Pero mantener en cautiverio a estos animales inteligentes y a menudo extraños, en particular los pulpos, presenta desafíos tanto éticos como logísticos. Los investigadores de Woods Hole han tenido éxito anteriormente en la cría de calamares durante varias generaciones. Sin embargo, un solo calamar no puede decirle a los científicos todo sobre los cefalópodos.

"Creo que tener diferentes modelos para responder diferentes preguntas es increíblemente valioso", dijo Caroline Albertin, bióloga del desarrollo en la instalación.

Pero los pulpos han confundido a los científicos durante mucho tiempo debido a varios hábitos desafortunados: se comen entre sí. Son notorios artistas del escape. Las madres mueren tan pronto como se reproducen, por lo que es difícil crear una población reproductora.

Eso ha convertido al pulpo modelo en una especie de ballena blanca, hasta el año pasado, cuando Grasse y sus colegas anunciaron que habían criado tres generaciones consecutivas de una especie de pulpo especialmente prometedora en su laboratorio, más que nadie antes.

Conoce a Octopus chierchiae, un pulpo en miniatura con rayas de cebra que tiene un truco bajo la manga.

Roy Caldwell, ecologista conductual de la Universidad de California, Berkeley, conoció por primera vez a Octopus chierchiae, también llamado pulpo rayado menor del Pacífico, a mediados de la década de 1970 en Panamá. Estaba sacando rocas del océano para encontrar camarones mantis escondidos en las grietas. "De vez en cuando salían estos lindos y pequeños pulpos rayados", dijo.

Trajo algunos de los pulpos a Berkeley. Poco después, "una de las hembras puso huevos, y pensé que era un fastidio porque sabía que moriría", dijo el Dr. Caldwell. "Y ella no murió". Un par de meses después, volvió a poner huevos.

Un artículo de 1984 de Arcadio Rodaniche, un científico panameño, confirmó la observación del Dr. Caldwell: las hembras de esta especie, a diferencia de casi todos los demás pulpos, podrían reproducirse varias veces.

Este rasgo, combinado con su tamaño conveniente, los convirtió en un tema atractivo para la investigación de laboratorio. Desafortunadamente, el Dr. Caldwell no pudo encontrar más en Panamá. Ninguno de los biólogos o coleccionistas a los que preguntó tampoco había visto ninguno.

El pequeño cefalópodo fue solo un recuerdo hasta alrededor de 2010, cuando "recibí un correo electrónico de un estudiante de secundaria", dijo el Dr. Caldwell, "que quería saber cómo podía cuidar a su nuevo pulpo mascota". El estudiante envió una foto. Las rayas de cebra del pulpo eran inconfundibles.

El Dr. Caldwell rastreó el pulpo hasta un coleccionista en Nicaragua. Finalmente, podría obtener algunos pulpos rayados del Pacífico menores e intentar formar una colonia en su laboratorio. Pero después de tres o cuatro años de intentos, nunca pasó de la segunda generación. Después de eso, dijo el Dr. Caldwell, los huevos de las hembras no eclosionaron. Sospechaba que la endogamia era un problema, así como la dieta. "No sabíamos muy bien qué darles de comer".

Esa pregunta seguía sin respuesta en 2016, cuando el Dr. Rosenthal llegó al Laboratorio de Biología Marina con el sueño de hacer modelos de cefalópodos para ayudar en la investigación científica. Reclutó al Sr. Grasse, conocido como un susurrador de cefalópodos, del Acuario de la Bahía de Monterey en California. Taylor Sakmar, también aficionado a la Bahía de Monterey, llegó a Cape Cod para ayudar a construir un nuevo tipo de instalación para animales de muchos brazos.

Hoy, esa instalación es una sala burbujeante en penumbra repleta de filas de tanques y con olor a agua de mar. Las personas se aprietan entre los estantes, revisan los tanques, limpian los charcos y alimentan a varias especies de cefalópodos durante todo el día.

Cuando los científicos comenzaron su colonia Octopus chierchiae en 2018 con siete animales de Nicaragua, ofrecieron a las criaturas un buffet de mariscos vivos y congelados. Luego observaron el lenguaje corporal de los animales y el cambio de color de la piel para ver qué les gustaba más. (Los pulpos rayados del Pacífico menor siempre tienen sus rayas, pero pueden marcar el contraste o desvanecer las rayas casi por completo).

“Después de trabajar con estos cefalópodos el tiempo suficiente, esencialmente puedes aprender a hablar cefalópodos”, dijo Grasse.

Un pulpo se acercará para probar un artículo ofrecido con sus ventosas. Si sabe bien, el pulpo envuelve rápidamente la comida con los ocho brazos y se va a un refugio para comérsela. Si no le gusta lo que se le ofrece, el pulpo puede arrojar la comida al costado de su tanque.

Al observar a los pulpos bajo su cuidado, los científicos también descubrieron que los machos que están listos para aparearse realizan una danza de vibración rápida con las puntas de los brazos, como si hicieran girar un montón de maracas.

Después de que los pulpos se aparearon y las crías emergieron de sus huevos, Grasse alojó a las crías, que son de color naranja brillante y más pequeñas que una lenteja, en cilindros individuales de tubería de PVC para que no se comieran entre sí. Descubrió que las crías pasan por una fase de "natación intensa", en la que pueden escapar por el espacio más pequeño entre un recinto y su tapa.

Por lo general, los materiales como AstroTurf o el lado peludo de una tira de velcro pueden evitar que los pulpos escalen las superficies verticales, dijo Grasse, porque sus ventosas no se pegan. Pero los bebés extrapequeños de los pulpos rayados menores del Pacífico podrían trepar estos materiales como una escalera.

"Por lo general, los pulpos se aseguran más fácilmente que esta especie", dijo Grasse.

Ahora usa tapas de espuma expandible para sellar herméticamente los recintos de las crías. Un tanque para adultos Octopus chierchiae tiene un perímetro de velcro, junto con lo que Grasse llamó su "sistema de seguridad de alta tecnología": una piedra pesada en la tapa.

En 2015, el Dr. Albertin formó parte de un equipo que secuenció el primer genoma de cefalópodo. "Estoy asombrada de lo rápido que ha ido todo esto", dijo. "Los cefalópodos tienen mucho que enseñarnos sobre el mundo. Y finalmente estamos en un punto en el que podemos tratar de comenzar a comprenderlos".

Pero un animal de laboratorio ideal para la era molecular no es solo uno que se puede mantener saludable durante muchas generaciones, dijo el Dr. Rosenthal. También es uno cuyo ADN los científicos pueden manipular. Al apagar los genes o agregar nuevos genes o marcadores a las células de un animal, los científicos pueden ver la maquinaria de la biología con mayor claridad. Tal investigación en ratones y otros animales de laboratorio ha permitido a los investigadores probar directamente las funciones de los genes individuales, por ejemplo, y crear modelos animales de enfermedades humanas. Pero ha sido más desafiante con los cefalópodos, especialmente con el pulpo.

Los investigadores del Laboratorio de Biología Marina lograron utilizar la herramienta CRISPR-Cas9 para editar los genes de un calamar local de Cape Cod, así como el calamar bobtail colibrí del laboratorio, dijeron. Para inyectar materiales en los duros huevos de estos animales, han utilizado agujas de cuarzo afiladas y unas diminutas tijeras especialmente diseñadas.

Para los científicos que quieren manipular la genética de los cefalópodos, el calamar bobtail colibrí es el animal modelo más prometedor hasta la fecha, dijo el Dr. Albertin: "Fácil de criar, fácil de pinchar y fácil de mantener en nuestras cámaras de incubación".

Pero estudiar calamares no es suficiente.

"La gente a menudo piensa en los cefalópodos como algo parecido", dijo el Dr. Albertin. "Pulpos, calamares: todos son blandos y flotan en el océano. Pero en realidad son bastante diferentes".

Sin embargo, hay un problema con los huevos de pulpo. Todos con los que ha trabajado el Dr. Albertin tienen una "cáscara de huevo dura y coriácea". ella dijo. Sus agujas no pueden perforarlo. Ha podido cortar los huevos con unas tijeras, solo para encontrar otro problema, que el Dr. Rosenthal cortésmente llamó "presión positiva" y el Dr. Albertin describió como la yema "que se sale de la cáscara como la pasta de dientes de un tubo".

"Honestamente, no sé si alguien ha descubierto todavía cómo inyectar en un huevo de pulpo", dijo el Dr. Albertin.

Los científicos no creen que sea imposible. Pero tendrán que resolverlo antes de que el pulpo rayado menor del Pacífico se convierta en el tipo de organismo modelo que el Dr. Rosenthal ha imaginado.

Si bien la edición de genes con el pulpo rayado menor del Pacífico sigue siendo difícil de alcanzar, la especie podría ayudar a abordar otro misterio de los cefalópodos.

El pulpo bimaculoides, o el pulpo de dos manchas de California, es un cefalópodo de laboratorio común que los científicos pueden obtener de la naturaleza. Pero tiene desventajas. Por un lado, es mucho más grande: un tanque de pulpo de dos puntos en el Laboratorio de Biología Marina tiene un ladrillo en la parte superior para que su ocupante no pueda salir.

El otro problema es que las mamás mueren. Un pulpo de dos puntos en el laboratorio estaba activo y curioso, disparando un chorro de agua a los visitantes; un tanque vecino tenía a una hembra moribunda encorvada sobre sus racimos de huevos transparentes. La madre estaba inmóvil, un ojo visible.

El rápido declive de las madres pulpo fascina a Z. Yan Wang, neurocientífico evolutivo de la Universidad de Washington, Seattle. "Este animal que tiene un sistema nervioso tan complejo vive tan poco tiempo", dijo el Dr. Wang.

En un estudio de 2018, documentó cómo las hembras de pulpo de dos puntos dejaron de comer mientras cuidaban sus huevos, los acariciaban y les echaban agua. Luego, las madres se pusieron pálidas y comenzaron a actuar de manera extraña, a veces comiéndose las puntas de sus propios brazos o hiriendo a sí mismas con sus ventosas, antes de morir.

La Dra. Wang espera aprender más sobre este proceso cuando lance su propio laboratorio este otoño. Ella planea adquirir pulpos rayados del Pacífico menores de la colonia iniciada por el Sr. Grasse y compañía, y comenzar su propia colonia utilizando sus métodos. En los cerebros de los animales, puede encontrar la clave que les permita sobrevivir a la reproducción.

Se ha estado reuniendo con un grupo de otros investigadores de cefalópodos, incluido el equipo de Cape Cod, para hablar sobre cómo avanzar con el uso del pulpo rayado menor del Pacífico en la investigación. "Todos estamos muy comprometidos con esta especie", dijo el Dr. Wang.

El Dr. Caldwell, que no pudo criar Octopus chierchiae más allá de dos generaciones, también ha sido parte de estas conversaciones. Dijo que los resultados en la instalación en Woods Hole, manteniendo vivos a los animales durante tres generaciones, son prometedores.

De los siete Octopus chierchiae salvajes, el Sr. Grasse y sus colegas han criado a más de 700 hijos, nietos y bisnietos. En la última generación, sin embargo, dejaron que la colonia se extinguiera.

Era 2020 y, debido a las restricciones de Covid, solo una persona podía estar en las instalaciones a la vez. Los científicos tuvieron que poner freno a la cría de pulpos, para asegurarse de que no hicieran más animales de los que podían cuidar. Solo un miembro de la colonia, una hembra geriátrica de más de 2 años, sigue vivo.

Además, la colonia mostraba signos de problemas de endogamia. Menos crías vivían hasta la edad adulta. Un bebé nació con 16 brazos.

Este invierno, sin embargo, cinco nuevos pulpos rayados menores del Pacífico llegaron a las instalaciones desde Nicaragua. Los científicos usarán lo que han aprendido para comenzar una nueva colonia. Esta vez, esperan mantener saludable el acervo genético agregando periódicamente nuevos animales salvajes.

Pensando en su bienestar, el Sr. Grasse proporciona conchas, plantas artificiales y otros objetos para enriquecer los hogares artificiales de todos los cefalópodos. También se asegura de que los animales tengan dietas variadas, cambios de escenario y, de vez en cuando, un proyecto divertido, como un camarón en un frasco. Estos enriquecimientos ayudan a su "salud mental", dijo.

Dejar que las especies realicen sus comportamientos naturales, ya sea que eso signifique cazar presas o esconderse en la arena, reduce su estrés, dijo Robyn Crook, neurocientífica de la Universidad Estatal de San Francisco. En su propio laboratorio, "los recintos que usamos para los pulpos son increíblemente ricos, hasta el punto de que a menudo no podemos encontrarlos", dijo.

La Dra. Crook mantiene una colonia autosuficiente de calamar bobtail colibrí, que comenzó con individuos del Laboratorio de Biología Marina. En un estudio del año pasado, demostró que los pulpos parecen experimentar dolor. Ella espera que los hallazgos biológicos de su laboratorio influyan en cómo otros científicos cuidan a estos animales en cautiverio.

"Cuanto mejor sea el bienestar del animal, mejores datos experimentales se obtienen. Y se necesitan menos animales", dijo el Dr. Crook. "Y en general, es mejor ciencia".

En los Estados Unidos, ninguna ley regula la investigación sobre invertebrados. Cuando los científicos quieren estudiar un animal con columna vertebral, como un ratón, un pájaro o un pez, necesitan la aprobación ética de un comité dentro de su institución. Los científicos que estudian gusanos, o cefalópodos altamente inteligentes, pueden hacer lo que quieran.

Algunas instituciones, incluido el Laboratorio de Biología Marina, utilizan voluntariamente el mismo proceso de revisión para sus investigaciones sobre cefalópodos. "Queremos hacer lo correcto por ellos", dijo el Dr. Rosenthal.

En ausencia de nuevas leyes, el Dr. Crook dice que la cría en cautiverio es otra forma de mejorar el bienestar de los pulpos y otros cefalópodos. Si un animal proviene de la naturaleza, los investigadores no saben cómo fue capturado o manipulado antes de llegar a ellos.

"Realmente no hay ninguna fuente de cefalópodos criados en cautiverio además de la MBL, por lo que es un recurso increíble", dijo.

El Dr. Crook espera que al criar animales como el pulpo rayado menor del Pacífico, el equipo de Woods Hole no solo mejore la vida de los animales de laboratorio, sino que brinde a los científicos una herramienta nueva y poderosa para responder grandes preguntas en biología.

"Son increíblemente complejos, evolutivamente hablando, neurobiológicamente hablando, y son totalmente diferentes a nosotros, por eso los estudiamos", dijo el Dr. Crook. "Los cefalópodos están en una posición realmente única para decirnos cosas sobre el cerebro que de otro modo nunca aprenderíamos".

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