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El calamar

Photography by Elaine L. Bearer and Russell E. Jacobs at Marine Biological Laboratory, Woods HoleEl calamar se ha utilizado desde la década de los años treinta para estudiar las propiedades de las células nerviosas y han contribuido a nuestro conocimiento del sistema nervioso. El gigante axón del calamar es la célula nerviosa más grande que se conoce en el reino animal. Puede medir hasta 1 mm de diámetro y casi un metro de largo. El axón forma parte del sistema de propulsión del calamar y va desde los ganglios hasta los músculos transportando señales que controlan y coordinan el movimiento. La cavidad del manto del calamar normalmente está llena de agua de mar, pero una contracción coordinada de los músculos actúa como un sistema de propulsión a chorro, expulsando el agua e impulsando al calamar por el agua a una velocidad de hasta 10 m/s.

Los calamares son moluscos con un sistema nervioso y sensorial altamente desarrollado, incluyendo un cerebro y unos ojos complejos. A pesar de las diferencias obvias entre los calamares y los humanos, la suposición de que nuestro sistema nervioso funciona del mismo modo ha permitido realizar enormes avances en nuestro conocimiento de la neurofisiología.

Su sistema nervioso fue estudiado por primera vez por el zoólogo John Zachary Young y el fisiólogo Kenneth Cole, durante la década de los años treinta. En ese momento, las señales eléctricas del sistema nervioso se estudiaban utilizando ranas o cangrejos, pero los gigantes axones del calamar del Atlántico Norte, Loligo pealeii, tienen 50 veces el diámetro de los axones del cangrejo común y 1.000 veces el de los humanos. Su tamaño permitía colocar los electrodos dentro del axón, por lo que las grabaciones se podían realizar simultáneamente dentro y fuera de la célula, midiendo los cambios en el flujo de corriente a través de la membrana de la célula cuando el nervio se activaba.

Este trabajo sirvió de inspiración para los famosos experimentos de Hodgkin y Huxley sobre los gigantes axones de L pealeii en el laboratorio marino de Plymouth, en el Reino Unido. Demostraron cómo el movimiento de las cargas iónicas a través de una membrana celular causa una señal eléctrica que viaja a través de las fibras nerviosas. Recibieron el Premio Nobel por su trabajo, el cual conforma la base de la neurofisiología moderna, en 1963.

Se puede tardar años en conseguir capturar el calamar, que no se puede mantener ni criar en cautividad y que rara vez se acerca a la costa. Desde 1962, cuando se inauguró el Laboratorio de Fisiología Celular de Montemar, en Chile, los electrofisiólogos también han estudiado el calamar de Humboldt, Dosidicus gigas, una de las especies más grandes del mundo y que dobla en tamaño al calamar del Atlántico Norte. Aunque la invención de la «sujeción con parches» ha permitido a los electrofisiólogos trabajar con mamíferos, el calamar sigue siendo el mejor modelo para muchos estudios del sistema nervioso.

Mecanismos de transporte neuronales

El transporte de las moléculas del cuerpo celular de una neurona hacia el axón es crucial para el funcionamiento y la supervivencia de la célula. La investigación sobre el transporte de los axones del L pealeii ha demostrado que el material biológico se carga y se dirige a su ubicación diana en un único péptido. Este péptido forma parte de la proteína precursora de amiloide, que se cree que desempeña un papel fundamental en la enfermedad de Alzheimer.

La proteína precursora de amiloide (APP) es un componente de las placas que se forman en el cerebro durante la enfermedad de Alzheimer. Se sabe que las mutaciones de esta proteína conducen a la aparición temprana del Alzheimer, aunque se sabía relativamente poco acerca de su papel en las células sanas. Para testar el papel del APP en el transporte axonal, Elaine Bearer, de la Universidad de Brown, revistió microperlas fluorescentes con los diferentes péptidos que componen la APP y las inyectó en el axón del calamar gigante.

El gran axón del calamar permite que los investigadores vean moverse los componentes celulares y que se pueda manipular el material del interior del axón, mientras que los procesos implicados en el transporte continúan intactos y operativos. Después de experimentar con siete péptidos diferentes: la APP-C, hizo que las perlas descendieran por el axón hasta la sinapsis. La APP-C del calamar es prácticamente idéntica al péptido equivalente en los decápodos, las moscas de la fruta y los humanos, por lo que es probable que desempeñe un papel similar en el transporte neuronal en todos los animales.

La APP-C se podría utilizar como marcador para transportar las medicinas a la sinapsis, en estudios de diagnóstico para determinar hasta qué punto se ha interrumpido el transporte en la demencia, y como objetivo para los fármacos de tratamiento del Alzheimer, el Huntingdon y otras enfermedades en las que el transporte de las señales nerviosas está interrumpido.

La estructura de la rodopsina del calamar

El calamar tiene una visión excelente, en la que confía para capturar sus presas. La rodopsina es una proteína que se encuentra en la membrana de las células fotorreceptoras que detectan la luz en la retina. La retina del calamar comparte muchas características comunes con las del ojo humano y otros mamíferos. Cuando la luz llega a las células fotorreceptoras, la rodopsina cambia de forma y entonces es capaz de activar una G-proteína, desencadenando cambios bioquímicos dentro de la célula.

La estructura de esta proteína mensajera y los cambios bioquímicos que desencadena en el calamar son diferentes a los que se han estudiado en los vertebrados. La proteína que se activa es similar a las proteínas que utilizan como mensajeros bioquímicos por muchas hormonas y neurotransmisores en los seres humanos. Este tipo de proteína es un objetivo para muchos fármacos como los antihistamínicos, aunque su estructura precisa nunca había estado clara.

La estructura de cristal de la rodopsina del calamar muestra en detalle cómo la proteína es capaz de cambiar de forma, y sus similitudes y diferencias con respecto a las rodopsinas de los vertebrados que se han estudiado. Muestra cómo la rodopsina absorbe la luz y el máximo que puede absorber. La estructura también será útil para ayudar a diseñar fármacos que afecten a este tipo de receptor.

Esta investigación será particularmente útil para los investigadores que estudian la melanopsina humana, otro fotorreceptor que es responsable de ajustar nuestro reloj biológico y del reflejo de nuestras pupilas. La melanopsina está más estrechamente relacionada con la rodopsina del calamar que con la rodopsina de los vertebrados que se encuentra en los humanos.


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