Come sognano i polpi?

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ARGOMENTO: BIOLOGIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: polpo, evoluzione

Sulla autorevole rivista Cell, è stato pubblicato un curioso articolo, Cyclic alternation of quiet and active sleep states in the octopus. Si … avete letto bene, parliamo di cicli di sonno di quei simpatici ed intelligenti animali che chiamiamo polpi. Tutto nacque dall’osservazioni del comportamento di questi cefalopodi all’interno delle vasche di un laboratorio, che fece ipotizzare che i polpi attraversassero, durante il loro  riposo, delle fasi di “sonno attivo”.

photo credit @andrea mucedola

Per indagare il comportamento nel sonno dei cefalopodi, i ricercatori hanno video-registrato quattro esemplari adulti di Octopus insularis e quantificato i loro stati e le transizioni durante il sonno. In particolare, i cambiamenti nel colore e consistenza della pelle e nei movimenti degli occhi e del mantello sono stati valutati utilizzando strumenti di elaborazione automatica delle immagini. Inoltre,  la loro soglia di risveglio è stata misurata utilizzando la stimolazione sensoriale.

Un totale di cinque stati sono stati osservati durante la quiescenza: (a) stato tranquillo con occhi aperti; (B) “sonno tranquillo” con occhi chiusi; (C) tranquillità con occhi socchiusi; (D) “sonno attivo” (tranquillo con motivo dinamico e movimento degli occhi); (E) tranquillo con movimento di un solo occhio – figura da studio citato

Sono stati identificati due stati distinti: il primo, che possiamo definire di stato di “sonno tranquillo“, caratterizzato da pelle uniformemente pallida, pupille chiuse ed episodi di lunga durata, ed il secondo di “sonno attivo” con variazioni della pelle dinamici, sia nella colorazione che nella consistenza, con movimenti oculari rapidi e di breve durata. Il “sonno attivo” (periodico e per il 60% con una durata compresa tra 26 e 39 minuti) si verificava principalmente dopo il “sonno tranquillo” (nel 82% delle transizioni). Questi risultati suggeriscono che i cefalopodi hanno un ciclo del sonno analogo a quello degli amnioti (ovvero dei vertebrati superiori che, come noi, durante la vita embrionale si sviluppano in un sacco amniotico contenente il liquido nel quale è immerso l’embrione).

Fasi del sonno
Lo studio rivela che i nostri amici polpi sperimentano fasi di sonno sia attive che tranquille. La scoperta è straordinaria anche perché, sebbene la nostra specie ed i polpi siano separati da oltre 500 milioni di anni di evoluzione, questo modello di sonno a due stadi sembra si sia quindi evoluto, in modo indipendente, almeno due volte.

Octopus insularis è una specie di polpo che si trova al largo delle coste del Brasile. La specie è descritta come di taglia media e come predatore specializzato generalista-opportunista con una dieta principalmente di crostacei, bivalvi e gasteropodi – Autore Andra Waagmeester – Fonte https://www.inaturalist.org/observations/100534839, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=123044567 Octopus insularis.jpg – Wikimedia Commons

I ricercatori hanno filmato quattro polpi della specie Octopus insularis, pescati al largo delle coste del Brasile, ed hanno incominciato ad osservarli durante le loro giornate nelle vasche del laboratorio. Monitorando la loro fase di addormentamento, i ricercatori si sono accorti di strani comportamenti e li hanno videoregistrati. Per essere sicuri che i cefalopodi stessero dormendo, gli scienziati hanno mostrato su degli schermi, posti di fronte alle vasche,  dei video di granchi vivi (cosa che normalmente li faceva reagire prontamente) oppure hanno dato dei leggeri colpetti  sul vetro della vasca con un martello di gomma per vedere se reagivano al rumore.

Dopo essersi assicurati che i polpi si trovavano in una fase di sonno sono iniziate le riprese. Quello che è emerso è che, durante il sonno “tranquillo”, la pelle dei polpi era pallida e le loro pupille si restringevano ad una fessura per ridurre l’ingresso della luce; erano per lo più immobili, e le loro ventose e le punte dei tentacoli a volte tendevano a muoversi dolcemente e lentamente. Durante la fase di “sonno attivo”, la loro pelle diventava più scura e si irrigidiva;  si osservavano movimenti  degli occhi e contrazioni muscolari delle ventose e del corpo. Cosa che ci aspettiamo di vedere in animali domestici di casa come i gatti e i cani non certo in un mollusco. Il sonno attivo, che in genere durava circa 40 secondi, di solito si verificava dopo un lungo sonno tranquillo e il ciclo si ripeteva ogni 30-40 minuti.

Osservazioni precedenti suggeriscono l’esistenza di “sonno attivo” nei cefalopodi. Per studiare in dettaglio la struttura comportamentale del sonno di un cefalopode, sono stati registrati dei video di Octopus insularis, quantificando statisticamente i cambiamenti nel colore della pelle e nella sua consistenza ed i movimenti di occhi e mantello utilizzando strumenti di elaborazione delle immagini automatizzati. La soglia di eccitazione è stata misurata usando la stimolazione sensoriale passando da uno stato di “sonno tranquillo” con pelle uniformemente pallida ed occhi chiusi ad uno stato di sonno attivo con variazioni dinamiche del colore della pelle e con movimenti rapidi degli occhi. I risultati suggeriscono che i cefalopodi hanno un ciclo analogo del sonno ultradiano a quello degli amnioti – figura da studio citato

Cosa succede quando ci addormentiamo?
Il sonno dei mammiferi comprende due fasi principali del sonno: la fase REM (rapid eye movement ovvero quando si ha un movimento rapido degli occhi), uno stato di quiete “apparente” in cui sogniamo e il nostro organismo lavora per far riposare il nostro corpo, eliminare le tossine e rafforzare le funzioni cognitive, tra cui la memoria, seguito dalla fase del sonno ad “onde lente”, in cui l’attività elettrica si sincronizza attraverso il cervello. In particolare, questa seconda fase, detta NREM (non rapid eye movement) ha un’alternanza ciclica di 5 fasi, a loro volta suddivise nei due macro-momenti citati. Dopo esserci addormentati, passiamo in maniera progressiva dal primo stadio NREM ai seguenti fino ad arrivare, dopo circa 60-70 minuti dall’addormentamento, alla fase REM, che ha una durata di circa 15 minuti. Si ritiene che questo ciclo alternato sia presente anche negli altri animali vertebrati, sia importante per consolidare i ricordi nel nostro cervello. Tuttavia, tra noi vertebrati ed il polpo, esistono notevoli differenze nelle loro architetture cerebrali.