Le braccia del polpo hanno un sistema nervoso segmentato per alimentare movimenti straordinari

“Se si intende avere un sistema nervoso in grado di controllare tale movimento dinamico, questo è un buon modo per impostarlo”, ha affermato Clifton Ragsdale, PhD, professore di neurobiologia all’Università di Chicago e autore senior dello studio. “Pensiamo che sia una caratteristica che si è evoluta specificamente nei cefalopodi dal corpo molle con ventose per eseguire questi movimenti simili a quelli dei vermi.”

Lo studio, “Segmentazione neuronale nelle braccia dei cefalopodi”, è stato pubblicato il 15 gennaio 2025 su Comunicazioni sulla natura.

Ogni braccio del polpo ha un enorme sistema nervoso, con più neuroni combinati negli otto bracci che nel cervello dell’animale. Questi neuroni sono concentrati in un grande cordone nervoso assiale (ANC), che serpeggia avanti e indietro mentre viaggia lungo il braccio, e ogni curva forma un allargamento su ciascuna ventosa.

Cassady Olson, uno studente laureato in Neuroscienze computazionali che ha condotto lo studio, voleva analizzare la struttura dell’ANC e le sue connessioni con la muscolatura nelle braccia del polpo a due punti della California (Polpo bimaculoides), una piccola specie originaria dell’Oceano Pacifico al largo della costa della California. Lei e la sua coautrice Grace Schulz, una studentessa laureata in Biologia dello sviluppo, della rigenerazione e delle cellule staminali, stavano cercando di osservare sezioni trasversali sottili e circolari delle braccia al microscopio, ma i campioni continuavano a cadere dai vetrini. Hanno provato con le strisce longitudinali delle braccia e hanno avuto più fortuna, il che ha portato a una scoperta inaspettata.

Utilizzando marcatori cellulari e strumenti di imaging per tracciare la struttura e le connessioni dell’ANC, hanno visto che i corpi cellulari neuronali erano raggruppati in colonne che formavano segmenti, come un tubo corrugato. Questi segmenti sono separati da spazi chiamati setti, dove i nervi e i vasi sanguigni escono verso i muscoli vicini. I nervi di più segmenti si collegano a diverse regioni dei muscoli, suggerendo che i segmenti lavorano insieme per controllare il movimento.

“Pensando a questo da una prospettiva di modellazione, il modo migliore per impostare un sistema di controllo per questo braccio molto lungo e flessibile sarebbe quello di dividerlo in segmenti”, ha detto Olson. “Deve esserci una sorta di comunicazione tra i segmenti, che come puoi immaginare aiuterebbe a rendere più fluidi i movimenti.”

Anche i nervi per le ventose uscivano dall’ANC attraverso questi setti, collegandosi sistematicamente al bordo esterno di ciascuna ventosa. Ciò indica che il sistema nervoso crea una mappa spaziale, o topografica, di ciascuna ventosa. I polpi possono muoversi e cambiare la forma delle loro ventose in modo indipendente. Le ventose sono anche piene di recettori sensoriali che permettono al polpo di assaporare e annusare le cose che toccano, come combinare una mano con una lingua e un naso. I ricercatori ritengono che la “suckeroptopia”, come hanno chiamato la mappa, faciliti questa complessa capacità sensomotoria.

Per vedere se questo tipo di struttura è comune ad altri cefalopodi dal corpo molle, Olson ha studiato anche i calamari costieri dalle pinne lunghe (Doryteuthis pealeii), che sono comuni nell’Oceano Atlantico. Questi calamari hanno otto braccia con muscoli e ventose come un polipo, più due tentacoli. I tentacoli hanno un lungo gambo privo di ventose, con una mazza all’estremità dotata di ventose. Durante la caccia, i calamari possono sparare ai tentacoli e afferrare la preda con le mazze dotate di ventose.

Utilizzando lo stesso processo per studiare lunghe strisce dei tentacoli dei calamari, Olson ha visto che gli ANC nei gambi senza ventose non sono segmentati, ma le mazze all’estremità sono segmentate allo stesso modo del polpo. Ciò suggerisce che un ANC segmentato è appositamente costruito per controllare qualsiasi tipo di appendice abile e carica di ventose nei cefalopodi. Tuttavia, i tentacoli dei calamari hanno meno segmenti per ventosa, probabilmente perché non usano le ventose per provare sensazioni allo stesso modo dei polpi. I calamari fanno più affidamento sulla vista per cacciare in acque libere, mentre i polpi si aggirano per il fondo dell’oceano e usano le loro braccia sensibili come strumenti per l’esplorazione.

Sebbene polpi e calamari si siano differenziati tra loro più di 270 milioni di anni fa, i punti in comune nel modo in cui controllano parti delle loro appendici dotate di ventose – e le differenze nelle parti che non lo fanno – mostrano come l’evoluzione riesca sempre a trovare la soluzione migliore .

“Gli organismi con queste appendici cariche di ventose che hanno movimenti simili a quelli dei vermi hanno bisogno del giusto tipo di sistema nervoso”, ha detto Ragsdale. “Diversi cefalopodi hanno escogitato una struttura segmentale, i cui dettagli variano a seconda delle esigenze dei loro ambienti e delle pressioni di centinaia di milioni di anni di evoluzione.”