Cómo el ADN en 3D pudo contribuir a la evolución del cerebro de los cefalópodos
Los genes no cuentan toda la historia de unos animales capaces de resolver problemas y camuflarse en un instante. Un estudio sugiere que antiguas reorganizaciones del genoma crearon nuevas conexiones reguladoras que pudieron favorecer la complejidad nerviosa de los pulpos y otros cefalópodos.
Por Enrique Coperías, periodista científico
El plegamiento del ADN podría haber contribuido a la evolución de los complejos sistemas nerviosos de pulpos, calamares y sepias. Foto de Marcus Lange
Un pulpo que resuelve un problema o una sepia que cambia de aspecto en un instante plantean una pregunta fascinante: ¿cómo desarrollaron los cefalópodos sistemas nerviosos tan complejos? Una investigación publicada en Nature Communications ofrece una pista en un lugar que suele quedar fuera de las explicaciones más sencillas sobre la evolución: los pliegues del ADN.
La propuesta es que las grandes reorganizaciones del genoma pudieron modificar los contactos entre regiones genéticas y contribuir así a la aparición de nuevas capacidades cognitivas y conductuales.
El trabajo, encabezado por la neurocientífica Thea Rogers, de la Universidad de Viena, en Austria, está centrado en los cefalópodos coleoideos (Coleoidea), la subclase que reúne a pulpos, calamares y sepias. Estos animales han desarrollado los mayores cerebros entre los invertebrados y estájn dotados de conductas complejas, pero la relación entre sus peculiaridades genómicas y sus innovaciones biológicas sigue siendo difícil de reconstruir.
El equipo de Rogers aborda esa relación combinando mapas de contactos del ADN con información sobre la actividad de los genes.
«El genoma no es solo una secuencia de genes. Está plegado en una estructura tridimensional compleja», explica Rogers en un comunicado de la Universidad de Viena. La investigadora añade que comprender cómo evoluciona esa estructura resulta cada vez más importante para entender el origen de nuevas formas de complejidad biológica.
Qué es la estructura tridimensional del ADN y cómo regula los genes
La idea exige cambiar la imagen habitual que tenemos del material hereditario. Solemos representarlo como una larga sucesión de letras oganizadas en una doble hélice que recuerda una escalera de caracol, un texto lineal que contiene instrucciones. Dentro del núcleo celular, sin embargo, el ADN está asociado a proteínas y organizado en una estructura llamada cromatina.
Su plegamiento permite que dos fragmentos alejados en la secuencia de ADN queden próximos en el espacio, esto es, que páginas separadas puedan quedar enfrentadas.
Esa disposición abre posibilidades de interacción que una lectura lineal no permite. En otras palabras, dicha cercanía puede facilitar que una región reguladora —un fragmento que ayuda a controlar cuándo, dónde y cuánto se activa un gen— influya sobre un gen distante: importa qué instrucciones existen y también cómo pueden entrar en contacto con los elementos que controlan su uso.
Por qué estudiar el genoma de pulpos, calamares y sepias
Los cefalópodos ofrecen un escenario especialmente útil para investigar ese fenómeno. Su historia incluye una profunda reorganización cromosómica en el antepasado de los coleoideos, un linaje cuya antigüedad ronda los 270 millones de años.
En aquel reajuste génico, ciertos fragmentos del genoma cambiaron de posición y se establecieron nuevas vecindades. Después, las distintas ramas de cefalópodos siguieron caminos propios, con expansiones del ADN y nuevas modificaciones. En los pulpos, las fusiones de cromosomas y la mezcla de sus contenidos fueron particularmente extensas.
Esta trayectoria permite investigar si cambiar la posición de las secuencias también cambió sus relaciones reguladoras. Para verificarlo, los investigadores compararon tres especies: el pequeño calamar hawaiano (Euprymna scolopes), la sepia común (Sepia officinalis) y el pulpo de dos manchas de California (Octopus bimaculoides).
También utilizaron otros genomas de moluscos como referencia evolutiva. Ese contraste permite inferir qué asociaciones entre genes pueden conservar una organización antigua y cuáles podrían haberse establecido tras las reorganizaciones.
La técnica central del trabajo, conocida como Micro-C, registra contactos entre fragmentos de cromatina y permite construir mapas de proximidad. El equipo cruzó esos mapas con datos de expresión genética y de accesibilidad del ADN, que indican qué zonas están más disponibles para la maquinaria reguladora.
Rogers y sus colegas compararon además diferentes tejidos y etapas embrionarias. Así pudieron examinar tanto las diferencias entre especies como los cambios que acompañan al desarrollo.
Qué descubrió el estudio sobre los contactos del ADN
Dominios de cromatina relativamente estables
El resultado pone de manifiesto una arquitectura con distintos grados de estabilidad. Los dominios de cromatina, regiones dentro de las cuales se concentran contactos, mostraron una conservación amplia entre las especies estudiada.
Esta estabilidad sugiere que ciertas relaciones genómicas están sometidas a restricciones evolutivas: modificarlas podría afectar a funciones importantes. Sin embargo, esa conservación general convive con conexiones mucho más cambiantes.
Bucles variables entre especies, tejidos y etapas
En lo que respecta a los bucles de cromatina, que aproximan puntos concretos del ADN, resultaron mucho más variables. La comparación sugiere que ciertas estructuras soportan el paso del tiempo mientras otras ofrecen mayor margen para modificar las relaciones reguladoras.
En muestras de embriones completos, el equipo identificó 329 bucles en el calamar hawaiano, 912 en la sepia y 663 en el pulpo. Al comparar los bucles con genes en ambos extremos, solo encontró tres conservados en las tres especies según los criterios del análisis. Es una diferencia llamativa: bajo una arquitectura relativamente estable, las conexiones particulares pueden variar de manera considerable.
Los bucles también variaron según el tejido y la etapa del desarrollo. En el pulpo, se detectaron menos bucles en las muestras de órganos internos que en las del cerebro central, los ojos, los lóbulos ópticos y la corona de brazos. En la sepia destacaron los ojos. Algunos bucles estaban asociadas a genes con actividad elevada en tejidos nerviosos. Los patrones apuntan a una relación con sus necesidades reguladoras, aunque la presencia de un contacto por sí sola no demuestra su función.
Sobre estas líneas, ejemplar del pulpo Octopus bimaculatus. El estudio analizó otra especie del mismo género, Octopus bimaculoides, para explorar cómo el plegamiento del ADN se relaciona con la regulación genética.Cortesía: iNaturalist
Qué mostró el experimento con CRISPR sobre el desarrollo cerebral
Para ir más allá de las asociaciones y obtener evidencia funcional, los científicos recurrieron a la herramienta de edición genética de alta precisión CRISPR-Cas9, conocida vulgarmente como el cortapega génico. En embriones de la sepia Euprymna berryi, una especie cercana al calamar hawaiano, eliminaron una secuencia de alrededor de mil letras de ADN, que estaba situada en una región no codificante dentro del gen Quaking B. El fragmento estaba en un bucle conservado y reunía indicios de una posible función reguladora.
De los veinticinco embriones tratados y examinados en una etapa avanzada, cinco presentaban una reducción clara del tamaño cerebral, especialmente en el lóbulo óptico. Otros cinco tenían malformaciones graves que afectaban a varias estructuras, incluidos tejidos nerviosos. Seis eran más pequeños y tenían brazos más cortos. Nueve carecían de alteraciones morfológicas evidentes, aunque los autores observaron señales de retraso del desarrollo en el conjunto.
Un gen a 14,5 millones de letras de distancia
La eliminación también redujo significativamente la actividad de algunos genes situados lejos del fragmento intervenido. Uno estaba a unos 14,5 millones de letras de distancia en el genoma de la Euprymna berryi. En cambio, los cambios de expresión de los genes dentro del bucle conservado no alcanzaron significación estadística. Para los autores, el resultado respalda la existencia de una red reguladora de largo alcance, capaz de conectar regiones más allá de los límites de un dominio de cromatina.
La eliminación también redujo significativamente la actividad de algunos genes lejanos. Uno estaba a unos 14,5 millones de letras de distancia en el genoma de Euprymna berryi. En cambio, los cambios de expresión de los genes dentro del bucle conservado no alcanzaron significación estadística.
Los autores interpretan estos resultados como evidencia de una red reguladora de largo alcance, capaz de conectar regiones más allá de los límites de un dominio de cromatina.
Qué significa «entrelazamiento regulador»
El concepto que articula esa hipótesis orbita altededor del entrelazamiento regulador, esto es, la acumulación de dependencias entre genes, secuencias reguladoras y estructuras tridimensionales del genoma. Según el modelo propuesto, una reorganización cromosómica puede aproximar regiones antes separadas y permitir nuevas interacciones.
Si esas conexiones adquieren importancia funcional, conservarlas puede volverse necesario. Con el tiempo, la red resultante sería más difícil de modificar sin consecuencias. El mismo proceso podría abrir posibilidades de innovación y después introducir restricciones evolutivas.
El término se refiere a esa interdependencia estructural y funcional. No describe un nudo físico que explique la inteligencia de los pulpos.
Euprymna berryi, el pequeño cefalópodo en cuyos embriones se eliminó una posible secuencia reguladora del ADN para investigar su papel en el desarrollo cerebral. Cortesía: Nick Hobgood
¿Explica este estudio la inteligencia de los cefalópodos?
El estudio no demuestra el origen de la inteligencia de los cefalópodos. Propone un mecanismo que pudo contribuir a la evolución de sus sistemas nerviosos complejos y aporta evidencia experimental de que una secuencia candidata a reguladora interviene en el desarrollo.
La investigación no reproduce las reorganizaciones del antepasado de estos animales, no prueba que un cambio concreto del plegamiento originara su complejidad cerebral y tampoco evalúa capacidades cognitivas.
Su aportación es situar la organización espacial del ADN entre los factores que pueden orientar la evolución. Los genes son fundamentales, pero sus posiciones y contactos ayudan a determinar cómo se utilizan. Reconstruir qué conexiones favorecieron las innovaciones de los cefalópodos será el siguiente paso.▪️(9-octubre-2026)
⏱️ LO MÁS IMPORTANTE DEL ESTUDIO, EN 30 SEGUNDOS
- Qué se investigó: cómo se organiza el ADN en tres dimensiones en pulpos, calamares y sepias, y cómo sus contactos se relacionan con la actividad de los genes.
- El hallazgo principal: los grandes dominios de cromatina se conservaron ampliamente, mientras que los bucles del ADN variaron entre especies, tejidos y etapas del desarrollo.
- La hipótesis evolutiva: antiguas reorganizaciones cromosómicas pudieron crear nuevas conexiones reguladoras y favorecer la aparición de sistemas nerviosos complejos.
- La prueba experimental: eliminar una posible secuencia reguladora con CRISPR-Cas9 produjo alteraciones del desarrollo cerebral y redujo la actividad de genes lejanos.
- El límite: el estudio aporta pistas sobre la evolución del cerebro, pero no demuestra el origen de la inteligencia de los cefalópodos.
Información facilitada por la Universidad de Viena
Fuente: Rogers, T. F., Stock, J., Schulz, N. G. et al. Genome reorganisation and expansion shape 3D genome architecture and define a distinct regulatory landscape in coleoid cephalopods. Nature Communications (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-77625-7
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