Polipo, calamaro e seppia i bracci si sono evoluti per "gustare" differenti composti.

Le persone hanno gusti diversi. Ebbene, anche polpi, calamari e seppie hanno le proprie preferenze.

Questi cefalopodi dal corpo morbido hanno proteine sui tentacoli che permettono loro di "gustare" toccando gli oggetti. Ma le specie si sono evolute per rilevare composti diversi, riportano i ricercatori in due studi pubblicati su Nature il 13 aprile. E i gusti diversi potrebbero essere legati allo stile di caccia delle specie.

Tutte le specie hanno versioni modificate di proteine chiamate recettori dei neurotrasmettitori, che rilevano le sostanze chimiche del cervello. L'evoluzione ha trasformato queste proteine cerebrali in proteine di rilevamento del sapore. Ma l'evoluzione del polpo ha portato allo sviluppo del gusto per le cose grasse, mentre quella del calamaro e della seppia ha modificato le proteine cerebrali per rilevare i composti amari, hanno scoperto i ricercatori.

"Si tratta di un sistema sensoriale completamente nuovo", dice Maude Baldwin, biologa evolutiva presso il Max Planck Institute for Biological Intelligence di Seewiesen, in Germania, che non ha partecipato al lavoro. "Insieme, questi studi offrono un'insight senza precedenti su come evolvono i sistemi sensoriali".

Lo studio dei recettori dei cefalopodi potrebbe anche gettare luce su come si sono evoluti le proteine di rilevamento del sapore umane. "Migliora notevolmente la nostra comprensione di come si evolvono le proteine in generale", dice Baldwin, così come come le proteine e persino interi organismi acquisiscono nuove funzioni.

In uno studio precedente, il fisiologo di Harvard Nicholas Bellono e i suoi colleghi hanno scoperto che le proteine a forma di barile note come recettori chimotattili nelle ventose dei polpi bimaculoidi della California (Octopus bimaculoides) permettono agli animali di gustare i terpeni - molecole "grasse" insolubili - con i loro tentacoli.

Per osservare in dettaglio queste proteine, Bellono ha collaborato con il biologo strutturale Ryan Hibbs dell'Università del Texas Southwestern Medical Center a Dallas. Hibbs e i suoi colleghi hanno usato la microscopia crioelettronica per esaminare la struttura tridimensionale della proteina.

Osservando la struttura della proteina del polpo, i ricercatori hanno scoperto una molecola sorprendentemente grande bloccata in una tasca speciale usata per rilevare certe sostanze chimiche. Trovare una molecola bloccata in una di queste tasche può dare indizi sulla funzione della proteina.

La molecola misteriosa si è rivelata parte del detergente usato dai ricercatori per preparare la proteina per il microscopio. Questo è molto diverso dai tipi di molecole che si legano ai recettori dei neurotrasmettitori dai quali i recettori chimotattili si sono evoluti, dice Hibbs, ora all'Università della California, San Diego. "I neurotrasmettitori sono piccoli e solubili. Questa cosa è ingombrante e grassa".

Testando una varietà di molecole raccolte nei laboratori vicini, il team di Bellono ha stabilito che i recettori del polpo possono rilevare una varietà di molecole "grasse e appiccicose" che non si dissolvono in acqua. Poiché i polpi cercano la loro preda palpeggiando intorno, ha senso che i loro recettori del gusto si siano evoluti per rilevare molecole che rimangono appiccicate a superfici subacquee come le corazze dei granchi o le loro uova, piuttosto che piccole sostanze chimiche che si diffondono facilmente in acqua, dice Hibbs.

Tuttavia, i polpi non sembrano trovare tutte le molecole grasse gustose. In un esperimento, i ricercatori hanno testato la risposta di un tentacolo reciso a una di queste molecole. Il braccio si è arrampicato via dall'apparecchio di misurazione e fuori dalla vasca.

Per vedere se altri cefalopodi condividono i gusti dei polpi, i ricercatori si sono rivolti alle analisi genetiche. I polpi hanno 26 geni che codificano ciascuno una proteina recettore chimotattile leggermente diversa. Si è scoperto che queste proteine possono unirsi in combinazioni di cinque per rilevare una vasta gamma di molecole.

Esaminando i geni di calamari e seppie, i ricercatori hanno scoperto che anche queste specie di cefalopodi hanno recettori dei neurotrasmettitori modificati nelle loro ventose. Ma alcuni dei recettori di calamari e seppie rilevano composti amari che possono diffondersi in acqua, non quelli grassi che i polpi gustano. (I calamari potevano anche gustare alcuni terpeni, ma non tutte le molecole grasse rilevate dai polpi.)

Il sapore amaro è spesso un segnale che qualcosa è guasto o tossico, quindi gli animali tendono a evitare le sostanze amare, dice Harold Zakon, neuroscienziato e biologo evolutivo dell'Università del Texas ad Austin, che non ha partecipato al lavoro.

Le sostanze amare hanno anche fatto voltare le spalle - o in questo caso, i tentacoli - al cibo delle prede nei calamari. I calamari a cui era stato dato gambero inzuppato in una sostanza amara maneggiavano il cibo più a lungo prima di mangiarlo rispetto a come facevano con le prede non modificate. O i calamari rifiutavano i gamberi amari, cosa che i ricercatori non avevano mai visto fare agli animali con le prede regolari.

The type of receptors the species have reflect their hunting strategies. Octopuses ”explore everything with their arms,” Bellono says, and likely use chemotactile receptors to guide their explorations. While octopuses use sight to catch prey out in the light of day, chemotactile receptors help them hunt in the dark and to find prey hidden in cracks and crevices, Bellono says. Squid and cuttlefish are ambush predators that rely on eyesight alone. The bitter receptors help squid decide whether to eat their prey only after they have it in their grasp.

The octopus and squid receptors evolved about 300 million years ago, early in the species’ histories. But it’s impossible to tell whether hunting style or receptor type came first or if the traits evolved together.

Octopuses also have another type of chemotactile receptor, the researchers found, but they don’t yet know what sorts of molecules those receptors sense.

It will take years to work out the details of what all the cephalopods’ receptors detect and how they influence animals’ behavior, Zakon says. “This is really a first announcement that these receptors have changed in fundamentally important ways.”