Tres corazones; sangre azul; sin esqueleto; brazos como lenguas. Estas son sólo algunas de las características extrañas de los pulpos, calamares y sepias, miembros de la familia de los cefalópodos. La extravagante lista continúa. La piel de los cefalópodos puede saborear sustancias químicas, sentir la luz y cambiar de color y textura rápidamente. En muchas especies, los brazos cubiertos de ventosas pueden incluso regenerarse.
Estos invertebrados han evolucionado independientemente del linaje de los vertebrados durante más de 600 millones de años. Su último ancestro común fue probablemente una criatura parecida a un gusano con un sistema nervioso rudimentario y parches de células sensibles a la luz en forma de ojos. A pesar de este abismo evolutivo, los vertebrados y estos moluscos altamente especializados comparten extrañas similitudes. Sus ojos, por ejemplo. "Es inquietante lo similares que terminaron", dice Cristopher Niell, neurocientífico de la Universidad de Oregon en Eugene. "La evolución convergente del ojo todavía me deja boquiabierto".
Ahora, una similitud está provocando un auge en la neurociencia de los cefalópodos. Hace unos 400 millones de años, las sepias, los calamares y los pulpos se separaron de los únicos cefalópodos vivos: los nautilos. Luego perdieron sus caparazones protectores y evolucionaron cerebros que son excepcionalmente grandes entre los invertebrados. Estos cerebros confieren a los cefalópodos de cuerpo blando una gran inteligencia. Las sepias, los calamares y los pulpos tienen excelente memoria, utilizan herramientas y son hábiles solucionadores de problemas; Tienen noción del tiempo y son capaces de retrasar la gratificación.
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Los cefalópodos son los únicos animales no vertebrados que tienen cerebros grandes e inteligentes, dice Cliff Ragsdale, neurocientífico comparativo de la Universidad de Chicago en Illinois. Y eso presenta una oportunidad única. Los neurocientíficos han adquirido un gran conocimiento sobre cómo funcionan los cerebros de los vertebrados, pero cada vez más buscan en los cefalópodos ideas sobre formas de construir sistemas nerviosos grandes y de alto funcionamiento.
"Es increíblemente emocionante para aquellos de nosotros que estamos interesados en descubrir las reglas de cómo funciona el cerebro", dice Carrie Albertin, investigadora de cefalópodos de la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts. "Se trata claramente de un cerebro elaborado que impulsa comportamientos elaborados".
Pero el estudio de esos poderosos cerebros va acompañado de una serie de desafíos éticos. Los vertebrados utilizados en la investigación científica cuentan con fuertes protecciones legales, pero ese no siempre es el caso de los invertebrados. Incluso los mejores esfuerzos para brindar una atención de calidad se ven limitados: existen opciones limitadas para aliviar el dolor en el caso de los cefalópodos, por ejemplo.
Sin embargo, durante la última década y, especialmente, en los últimos años, los neurocientíficos han estado remodelando las herramientas de la neurociencia y la genética molecular modernas (desarrolladas principalmente en ratones y otros animales modelo) para usarlas en estos enigmáticos invertebrados. "Hay tantas cuestiones biológicas que no se han explorado con un enfoque celular y molecular moderno", dice Ragsdale.
Construyendo un cerebro
Una mirada rudimentaria al sistema nervioso de los cefalópodos revela que hay más de una manera de construir un cerebro grande e inteligente. Para empezar, los cerebros de los cefalópodos son órganos con forma de rosquilla construidos alrededor del esófago. Además, un gran número de neuronas de los cefalópodos (más de la mitad en el caso de los pulpos) se encuentran en los ocho cordones nerviosos, o minicerebros, que controlan los brazos.
Incluso los sistemas que realizan funciones reconocibles son desconcertantes. Aunque los ojos de los pulpos se parecen a los de los vertebrados, el sistema visual del cerebro no. "Es difícil transmitir lo diferente que es", dice Niell. "Simplemente no tenemos idea de cómo funciona".
"Cuando miras el cordón nervioso del brazo del pulpo, es simplemente… lo llamamos horribles espaguetis grises", dice Robyn Crook, neurobiólogo de cefalópodos de la Universidad Estatal de San Francisco en California. "Todo es diminuto. No hay paquetes. No hay células grandes ni células pequeñas. Simplemente está terriblemente desorganizado. Y, sin embargo, obviamente, tiene mucho sentido".
Además de tener un aspecto diferente, estas neuronas también se comunican de formas sorprendentemente diferentes. Por ejemplo, en una preimpresión de diciembre, William Schafer, neurobiólogo del Laboratorio de Biología Molecular del MRC en Cambridge, Reino Unido, y su posdoctorada Amy Courtney demostraron que el sistema visual del pulpo contiene un receptor de dopamina que funciona de manera diferente a los de los vertebrados. El receptor del pulpo es un canal iónico que la dopamina abre directamente, lo que permite que los iones fluyan a través de él, mientras que el receptor de los vertebrados se activa cuando la dopamina se une a su superficie, lo que desencadena señales bioquímicas dentro de las neuronas.
La pregunta general es si estas diferencias son sólo superficiales y si, por lo tanto, los cerebros de los cefalópodos funcionan según los mismos principios que los de los vertebrados.
Podría darse el caso de que una vez mapeados, los circuitos de las neuronas resulten estar organizados de manera comparable en los cefalópodos y los mamíferos, dice Gilles Laurent, neurocientífico de sistemas del Instituto Max Planck para la Investigación del Cerebro en Frankfurt, Alemania. "Pero podría ser que haya que ser incluso más abstracto que eso y descubrir qué cálculo se está realizando" antes de encontrar los paralelos, dice.
Independientemente de que los cerebros de los cefalópodos funcionen como los de los vertebrados o no, estudiarlos debería ser una situación beneficiosa para todos. "O nos dirá que existen principios fundamentales compartidos por todos los cerebros", dice Tessa Montague, neurobióloga sepia de la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York, "o, si en realidad hacen las cosas de manera diferente, entonces eso también es bastante sorprendente, porque eso te dice que hay diferentes maneras de construir un cerebro complejo y funcional".
Un modelo clásico
La neurociencia ya tiene una deuda de gratitud con los cefalópodos. En 1929, el licenciado en zoología John Zachary Young estaba trabajando en la Estación Zoológica de Nápoles, Italia, durante el verano cuando descubrió un grupo de células nerviosas en los calamares que dan origen a fibras nerviosas de hasta un milímetro de ancho. Young se dio cuenta inmediatamente de que los fisiólogos podían implantar electrodos en estas fibras. Esta idea significó que los científicos pudieron descifrar los fundamentos de cómo las neuronas disparan impulsos eléctricos.
Pero a Young le intrigaba principalmente la cognición. Con su colega Brian Boycott, encontró evidencia conductual de recuerdos a corto y largo plazo en los pulpos, tal como otros científicos en ese momento estaban documentando en humanos.
Sin embargo, a pesar del célebre trabajo de Young, los pulpos nunca se convirtieron en un modelo generalizado para estudiar la cognición. Una razón para esto, dice Ragsdale, fue que estudiar el cerebro de los cefalópodos era un enorme dolor de cabeza técnico. Boycott, por ejemplo, intentó sin éxito durante 17 años realizar registros neuronales estables en animales vivos, y finalmente se sintió tan frustrado que abandonó el campo.
Incluso fuera del cerebro, no es fácil trabajar con los cefalópodos, dice Graziano Fiorito, investigador de cefalópodos de la Estación Zoológica. Los pulpos no se reproducen en cautiverio, por ejemplo, lo que significa que los investigadores deben depender de animales capturados en la naturaleza. Poco a poco, otras especies modelo se volvieron más atractivas. "Puedes tener toneladas de peces cebra en un tanque para pulpos", dice Fiorito. A partir de la década de 1970, la babosa de mar Aplysia y otros animales con cerebros más simples ofrecieron modelos de memoria más manejables a nivel neuronal.
Algunas investigaciones sobre cefalópodos continuaron en instalaciones especializadas, como el Laboratorio de Biología Marina en Woods Hole, Massachusetts. Y algunos neurocientíficos incluso pasaron de los organismos modelo convencionales al estudio de los pulpos.
Su trabajo demostró que tener un cuerpo tremendamente diferente al de los vertebrados se traduce en claras diferencias neuronales. Los cefalópodos no tienen huesos con los que generar contracción, fuerza o rigidez en sus brazos. Como resultado, su sistema motor opera bajo restricciones enormemente diferentes a las de un vertebrado, dice Benny Hochner, neurocientífico de la Universidad Hebrea de Jerusalén, que ha estudiado el movimiento y la memoria de los pulpos desde la década de 1990. Estas diferencias conducen a mecanismos fundamentalmente distintos para planificar y ejecutar el movimiento.
Sin embargo, en lo que respecta a la memoria, existen algunos paralelismos sorprendentes entre los cefalópodos y los vertebrados. Por ejemplo, se ha demostrado que algunas áreas del cerebro de los pulpos utilizan una forma de fortalecimiento sináptico (que se cree que es la base de la formación de nuevos recuerdos) que es similar al proceso en los mamíferos. Pero se logra mediante distintos mecanismos moleculares. "Veo una hermosa convergencia, a la que se ha llegado de maneras completamente diferentes", afirma Hochner.
Para ese descubrimiento, el equipo de Hochner se basó en un método tomado directamente de la neurociencia de los mamíferos: estudiar la neurofisiología en cortes de cerebro mantenidos vivos durante horas. Los neurocientíficos ahora buscan adaptar tecnologías a escala, incorporando una serie de herramientas de precisión que se utilizan habitualmente en la biología de los mamíferos.
Uno de los primeros elementos del conjunto de herramientas moderno para los cefalópodos fue la secuencia del genoma de un pulpo, publicada en 2015 por Albertin, Ragsdale y sus colegas. Como estudio independiente, el trabajo proporcionó ideas interesantes. Por ejemplo, descubrió que dos grandes familias de genes que habían llegado a desempeñar funciones cruciales en los patrones del sistema nervioso de los vertebrados se habían expandido de manera similar en el pulpo, aunque a través de mecanismos distintos. Pero, afirma Ragsdale, el estudio también envió una señal sociológica. "Creo que cuando publicamos el genoma, muchas personas interesadas en estas criaturas dijeron: 'Vaya, ahora es seguro meterse en el agua'". El pulpo había entrado en su era de biología molecular.
Desde entonces, se han incorporado a este campo investigadores con una amplia gama de intereses. Muchos preguntan cómo funciona en los cefalópodos un proceso que estudiaron en ratones y otros organismos modelo.
Ivan Soltesz, neurocientífico de la Universidad de Stanford en Palo Alto, California, ha estudiado cómo los mamíferos navegan utilizando un grupo de neuronas en el hipocampo. Estas "células de lugar" se activan cuando el animal se encuentra en un lugar específico. Sus preguntas sobre los pulpos eran sencillas. "¿Cómo navegan? ¿Tienen celdas de lugar?"
Laurent ha utilizado mamíferos, peces y moscas para descubrir cómo se representa el entorno en las áreas del cerebro que procesan la información sensorial y está ampliando estos estudios observando el camuflaje de las sepias. Los cefalópodos controlan el color y el patrón de su piel directamente a través de la actividad neuronal y pueden cambiar de color para adaptarse a su entorno, proporcionando una lectura de la actividad cerebral que evoca la percepción. O como dice Montague, que también trabaja en el camuflaje de sepias: “Ningún otro animal puede decirte lo que ve, excepto un humano”.
En 2023, el grupo de Laurent demostró que, en tan solo unos segundos, las sepias encuentran una coincidencia óptima con su entorno al recorrer una sucesión de sepias aproximadas. Ahora está averiguando cómo evalúan la calidad de cada partido para crear un circuito de retroalimentación que mejore su disfraz.
Al mismo tiempo, investigadores en Japón publicaron un trabajo que muestra que los pulpos experimentan episodios de cambios rápidos en el color de la piel cuando duermen, lo que sugiere que podrían estar soñando.
Niell, cuyo laboratorio estudia la visión tanto en ratones como en pulpos, se ha centrado en el lóbulo óptico de los cefalópodos, que, como estructura inicial de procesamiento visual, es más o menos similar a la retina de un vertebrado. En 2022, su equipo analizó la expresión genética en neuronas individuales e identificó seis clases principales de células. Al observar la ubicación de las células, los investigadores encontraron una organización en capas previamente desconocida. Luego observaron las respuestas neuronales a los estímulos visuales.
Estas caracterizaciones iniciales revelaron similitudes y diferencias entre pulpos y otros animales. Por ejemplo, los investigadores encontraron un mapa del espacio visual en el cerebro del pulpo, una característica común en todo el reino animal. Y los pulpos tienen neuronas que responden específicamente a algunas características visuales, como la orientación de líneas o cuadrículas, al igual que los mamíferos.
"Habrá algunos de estos principios compartidos, pero también es probable que haya cosas que sean completamente novedosas", dice Niell, "que tengan una solución diferente al mismo problema, o resuelvan problemas que nuestro sistema visual no tiene que resolver". Su trabajo actual busca encontrar dónde reside ese equilibrio.
Cuando el equipo de Hochner produjo un conectoma parcial (un mapa muy detallado de todas las conexiones sinápticas entre neuronas) para el lóbulo vertical del pulpo, también encontró una mezcla de principios nuevos y familiares. Los investigadores encontraron algunas neuronas pequeñas, simples y muy abundantes en el lóbulo que creen que tienen una función análoga a las ramas individuales de neuronas de mamíferos más complejas. Otros grupos están trabajando en otros conectomas del cerebro y de los cordones nerviosos.
injerto duro
No todas las técnicas utilizadas en otros animales han sido fáciles de adaptar a los cefalópodos. Un método que ha resultado difícil de establecer es la capacidad de registrar un gran número de neuronas individuales. En los mamíferos, este tipo de grabaciones in vivo han sido una fuerza impulsora en este campo. Las técnicas contribuyen a un objetivo importante de la neurociencia de sistemas: comprender cómo las neuronas, tanto solas como en poblaciones, responden a los estímulos y generan comportamiento.
Pero, como dice Niell (y Boycott lo descubrió hace unos 70 años), “todo es un poco más difícil en los cefalópodos”. Un problema importante es que los cefalópodos no tienen cráneos, lo que significa que no tienen una superficie dura sobre la cual fijar los electrodos. Además, si dejas algo sobresaliendo de la cabeza de un pulpo, es probable que el animal levante la mano y lo saque. Lo más fundamental, dice Soltesz, es que el pequeño tamaño de la mayoría de las neuronas de los cefalópodos y sus propiedades eléctricas intrínsecas hacen que sea más difícil registrarlas que las de los vertebrados. Pero su grupo y otros han logrado avances en el registro de la actividad promedio de pequeños grupos de células.
Hay otras idiosincrasias. Muchas especies de cefalópodos pueden cambiar de color para camuflarse. Pero los pulpos son contorsionistas: sus cuerpos flexibles dificultan el seguimiento de los cambios de pigmento y patrón. Por eso Montague y otros utilizan sepias porque los cuerpos planos de los animales son más fáciles de visualizar.
Los investigadores están desarrollando herramientas para varias especies a la vez, un enfoque más desafiante que centrarse en una sola especie, pero que tiene ventajas. Por ejemplo, Montague está fabricando sepias modificadas genéticamente y Albertin ha ayudado a crear un sistema CRISPR para editar genes en una especie de calamar que es pequeña y se reproduce bien en el laboratorio.
Establecer cualquier nuevo modelo animal es un trabajo duro, y tanto Laurent como Soltesz elogian a los postdoctorados que han liderado muchos esfuerzos agotadores para desarrollar métodos de registro.
La mayor preocupación de Montague es el costo de eventualmente montar su propio laboratorio. "Los cefalópodos son increíblemente caros", afirma, "y requieren una atención absolutamente experta".
Protecciones de patchwork
Las leyes relativas al cuidado y bienestar de los cefalópodos varían ampliamente en todo el mundo. "Diferentes personas trabajan bajo limitaciones completamente diferentes", dice Courtney. "En Japón y Estados Unidos no existen requisitos legales en términos de ética, mientras que en Europa y el Reino Unido la ética es bastante estricta". Esos requisitos más estrictos reflejan las protecciones legales para los vertebrados utilizados en la investigación, incluida la anestesia adecuada y el alivio del dolor cuando sea necesario.
Se introdujeron protecciones en Europa y el Reino Unido en la década de 2010, y Fiorito y otros proporcionaron pautas para el cuidado de los cefalópodos. Pero los esfuerzos para hacer esto en Estados Unidos han fracasado, dejando a los laboratorios allí y en otros lugares con obligaciones legales limitadas. (Los investigadores estadounidenses entrevistados para este artículo dicen que siguen voluntariamente las directrices europeas).
La investigación de Crook apoya la idea de que los cefalópodos experimentan dolor. Pero, afirma, ningún analgésico desarrollado para mamíferos parece funcionar en cefalópodos, y los anestésicos locales parecen tener una eficacia limitada. Crook está buscando compuestos que alivien el dolor en los cefalópodos y dice que también se debería invertir en otros para ayudar con estos esfuerzos. Desarrollar un modelo animal con muy pocos conocimientos sobre cómo aliviar el dolor “es un campo minado ético”, afirma.
A pesar de la necesidad de actuar con cautela, Crook y otros están entusiasmados con la ampliación de estos modelos animales y, a diferencia del progreso gradual observado en otros organismos modelo, muchas tecnologías están llegando simultáneamente. “Creo que es fascinante el hecho de que todos estén involucrados en esto al mismo tiempo”, dice Crook. "Esta es una forma realmente diferente de construir un campo en la neurociencia".
Este artículo se reproduce con autorización y se publicó por primera vez el 29 de abril de 2026.