Il cervello straordinario e la pelle mimetica dei polpi e di altri cefalopodi

I polpi, i calamari e le seppie, complessivamente conosciuti come cefalopodi, hanno strani cervelli grandi e distribuiti. Cosa fanno con tutta questa potenza cerebrale? Fate un tuffo nell'oceano con il biologo marino Roger Hanlon, che mostra immagini mozzafiato delle abilità mimetiche dei cefalopodi, che riescono a cambiare il colore e la struttura della pelle in un lampo. Scoprite come la loro pelle intelligente e la loro abilità di usarla in modo sofisticato potrebbero provare l'esistenza di una forma alternativa di intelligenza e come potrebbero portare ad una svolta nell'intelligenza artificiale, nei tessuti, nei cosmetici e oltre.

Questo è un cervello
strano e meraviglioso,

che fa pensare ad una sorta
di intelligenza alternativa

su questo pianeta.

È un cervello che si sviluppa
in un corpo molto strano,

e che ha l'equivalente
di piccoli cervelli satelliti

distribuiti in tutto il corpo.

Quanto è diverso dal cervello umano?

Molto diverso, a quanto pare,

al punto che io e i miei colleghi
facciamo fatica a capire

come funziona quel cervello.

Ma ciò che posso dire con certezza

è che questo cervello
è in grado di fare grandi cose.

Quindi, a chi appartiene questo cervello?

Bene, seguitemi in una veloce
immersione nell'oceano,

dove la vita ha avuto inizio,

e diamo un'occhiata.

Forse è una cosa che avrete già visto,

ma siamo dietro a una barriera corallina,
e si vede questa roccia,

molta sabbia, pesci che nuotano...

E all'improvviso appare questo polpo,

e ora sbianca,

mi spruzza inchiostro e scappa.

Al rallentatore invertito,

appare il cerchio intorno all'occhio,

e poi lo stesso motivo
si forma sulla pelle.

E ora guardate come cambiano
i rilievi 3D della pelle

per creare questo bellissimo mimetismo 3D.

Ci sono 25 milioni di punti pigmentati
chiamati "cromatofori" sulla pelle,

e tutte quelle protuberanze
che chiamiamo "papille",

e sono tutti controllati dal cervello
e possono cambiare istantaneamente.

Io ritengo che il mimetismo dinamico

sia una forma di "intelligenza".

Il livello di complessità della pelle,
rapida e precisa nel cambiamento

è davvero sorprendente.

Dunque, cosa si può fare
con una pelle così?

Pensiamo un po' alle altre cose,
oltre al mimetismo,

che possono fare con la loro pelle.

Qui potete vedere il polpo
con un motivo sulla pelle.

All'improvviso, cambia completamente.

Questo è un segnale, non mimetismo.

E poi ritorna al colore normale.

Poi c'è la seppia gigante

che simula delle nuvole di passaggio
mentre si avvicina alla preda.

Infine la metasepia pfefferi
che si mimetizza

e può passare istantaneamente
a questo acceso colore d'allarme.

Quella che abbiamo davanti
è una scala progressiva di espressione,

un continuo, per dirla così,

tra il dare nell'occhio e il mimetismo.

E ciò richiede un gran controllo.

E indovinate un po'.

Il cervello è ottimo per controllare.

Il cervello di polpo
mostrato qui ha 35 lobi,

80 milioni di minuscole cellule.

E per quanto ciò sia interessante,

la cosa strana è
che la pelle di questo animale

ha molti più neuroni, come illustrato qui,
in particolare in giallo.

Ci sono 300 milioni di neuroni nella pelle

e solo 80 milioni nel cervello in sé...

quattro volte in più.

Se guardate qui,

c'è uno di quei piccoli cervelli satelliti

e l'equivalente del midollo spinale
in ogni tentacolo.

È un'organizzazione piuttosto insolita
per il sistema nervoso di un corpo.

A cosa serve un cervello del genere?

Quel cervello deve battere
altri acuti cervelloni

che cercano di mangiarlo,

inclusi focene, foche,

barracuda, squali

e anche noi umani.

Quindi, prendere decisioni
è uno dei compiti di questo cervello,

e lo fa molto bene.

Qui vedete questo polpo
che se ne va in giro,

e all'improvviso si ferma
e si mimetizza perfettamente.

Ed è straordinario,

perché quando questi animali
cacciano in natura,

devono prendere
più di cento decisioni di mimetismo

in due ore di caccia,

e lo fanno due volte al giorno.

Prendere decisioni.

Devono anche decidere
dove andare e come tornare a casa.

È un processo decisionale.

Possiamo testare il mimetismo,

ad esempio in quella seppia dietro di me,

rimuovendo il fondo

e sostituendolo con degli scacchi,

la seppia usa anche questa strana
informazione visiva

e fa del suo meglio per imitarla
con un po' di fantasia.

Anche altre abilità cognitive
sono importanti.

I calamari hanno altri talenti,
per così dire.

Hanno un'interessante vita sessuale
estremamente complessa.

Combattono, seducono,
corteggiano, proteggono

e ingannano.

Vi suona familiare?

(Risate)

È davvero straordinario

che questi animali abbiano
un'istintiva abilità

per questi comportamenti.

Qui vedete un maschio e una femmina.

Il maschio, a sinistra,
ha battuto altri maschi

per avere la femmina,

e ora mostra una doppia colorazione.

Un lato per il corteggiamento e l'amore,

e l'altro per il combattimento.

Guardatelo quando si scambiano di posto...

(Risate)

e sposta con fluidità
il colore del corteggiamento

dal lato della femmina.

Questo tipo di segnale doppio

contemporaneo ad una variazione
del contesto comportamentale

è davvero straordinario.

Richiede grande potenza cerebrale.

Un altro punto di vista
potrebbe essere

che forse abbiamo 50 milioni di anni
di prove del doppio gioco maschile.

(Risate)

D’accordo, andiamo avanti.

(Risate)

Un polpo su una barriera corallina
ha un duro lavoro da fare

per andare in tanti posti diversi,
ricordare e trovare la sua tana.

E i polpi lo fanno molto bene.
Hanno memoria a breve e lungo termine,

imparano cose nuove
tra tre e cinque tentativi...

è un buon cervello.

E la memoria spaziale
è insolitamente buona.

Addirittura finiscono di cacciare
e tornano in linea retta

fino alla loro tana.

I sub che li osservano
sono completamente persi,

ma loro sanno tornare,

è una capacità di memoria molto fine.

Riguardo alle abilità cognitive,

guardate il comportamento
nel sonno della seppia.

In particolare a destra,
vedete l’occhio che batte.

Si tratta di qualcosa di simile
alla fase REM del sonno

che pensavamo avessero
solo mammiferi e uccelli.

E vedete i colori falsati che usiamo

per evidenziare
i guizzi di colore sulla pelle,

e questo è proprio ciò che accade.

Ma non è come il comportamento
da svegli, è molto diverso.

Nel sogno si verifica
il consolidamento dei ricordi,

ed è probabilmente ciò
che sta accade nella seppia.

Un’altra forma di memoria
che è davvero insolita

è la memoria episodica.

È una cosa che l’uomo acquisisce
dopo quattro anni di sviluppo cerebrale

e consiste nel ricordare l’accaduto
in un evento particolare,

dov’è successo e quando è successo.

La parte del “quando”
è particolarmente difficile,

e questi bambini possono farlo.

Ma indovinate un po’.

Abbiamo scoperto di recente
che anche la furba seppia ha quest’abilità,

negli esperimenti dell'estate scorsa,

quando si danno alle seppie
cibi diversi in momenti diversi,

devono ricordare esattamente dove

e quando è stata l'ultima volta
che hanno visto quel cibo.

E poi devono regolare la ricerca del cibo
in base alla frequenza di rifornimento

di ogni cibo in posti diversi.

Sembra complicato?

È così complicato che a malapena
ho capito l'esperimento.

Sono elaborazioni cognitive
di alto livello.

Ora, a proposito
di cervelli e di evoluzione,

guardate a destra, c'è la catena evolutiva
del cervello dei vertebrati,

noi abbiamo un buon cervello.

Credo che siamo tutti d'accordo.

Ma se guardate a sinistra,

la catena evolutiva evidenziata
che arriva al polpo,

converge anch'essa, per dire così,
ai comportamenti complessi

e ad una forma di intelligenza.

Il denominatore comune
di queste due linee

risale a 600 milioni di anni fa,

e si trattava di un verme
con pochissimi neuroni,

quindi percorsi evolutivi molto diversi,

ma convergenti
nei comportamenti complessi.

Ecco la domanda fondamentale:

la struttura cerebrale del polpo

è fondamentalmente diversa
fino al minimo livello

da quella dei vertebrati?

Non sappiamo quale sia la risposta,

ma se fosse sì,

allora avremmo
un percorso evolutivo diverso

per la nascita dell'intelligenza
sul pianeta Terra,

e si potrebbe pensare
che per l'intelligenza artificiale

questi meccanismi potrebbero essere utili.

Bene, parliamo di genetica per un attimo.

Abbiamo i genomi, abbiamo il DNA,

il DNA è trascritto nell'RNA,

l'RNA lo traduce in una proteina,
ed è così che noi funzioniamo.

Per i cefalopodi è diverso.

Hanno grandi genomi, hanno il DNA,

lo trascrivono nell'RNA,

ma ora accade qualcosa
di estremamente diverso.

Modificano l'RNA a velocità astronomica,

cento volte più alta di quella
dell'uomo o degli altri animali.

E producono un mucchio di proteine.

E indovinate
per cosa servono principalmente?

Per il sistema nervoso.

Quindi forse è un modo poco convenzionale

per lo sviluppo negli animali
di una plasticità comportamentale.

Sono per lo più congetture,
ma sono spunti di riflessione.

Ora vorrei condividere
con voi per un attimo

la mia esperienza nell'usare
il mio ingegno e quello dei miei colleghi

per cercare di ottenere
queste informazioni.

Non possiamo stare
sott'acqua per sempre

perché non possiamo respirare,

quindi dobbiamo agire con efficienza.

La totale immersione sensoriale
in quel mondo

ci aiuta a capire cosa fanno
veramente questi animali,

e devo dire che è
un'esperienza davvero fantastica

essere laggiù e avere questa comunicazione

tra polpo e sub

quando inizi a capire

che è un curioso animale
che pensa e riflette.

E questo è il genere di cose
che non smette mai di ispirarmi.

Torniamo per un attimo
alla pelle intelligente.

Ecco un calamaro con un motivo mimetico.

Ingrandendo l'immagine,
vediamo bei pigmenti e riflettori.

Ci sono i cromatofori che si aprono
e si chiudono rapidamente.

E poi, nello strato successivo di pelle,

è piuttosto interessante.

I cromatofori sono chiusi,

e si vede quest'iridescenza magica
che affiora sulla pelle.

Anche questo
è controllato dal cervello,

quindi è la combinazione delle due cose,

come si vede qui, nella pelle
ad alta risoluzione della seppia,

in cui si ha questa bella
colorazione strutturale pigmentata

e anche il leggero rossore
che è bellissimo.

Come possiamo
sfruttare queste informazioni?

Ho parlato delle protuberanze, le papille.

Ecco la seppia gigante australiana.

Ha la pelle liscia e un motivo vistoso.

Ho fatto cinque foto
a distanza di un secondo ciascuna,

e guardate come cambia questo animale...
uno, due, tre, quattro, cinque...

ed ora sono un'alga.

E poi possiamo tornare indietro

a vedere la pelle liscia
e il colore vistoso.

È una meravigliosa pelle che si trasforma.

La potete vedere più in dettaglio qui.

Alziamo il periscopio,

e vediamo quelle belle papille.

E guardando ancora più nel dettaglio,

si possono vedere emergere
le singole papille,

e hanno dei rilievi,

sono delle papille
sulle papille e così via.

Ogni singola specie esistente
ha oltre una dozzina di forme e dimensioni

di tali protuberanze

per creare precise mimetizzazioni
controllate dal cervello.

Dunque, ora, i miei colleghi ingegneri
alla Cornell University,

hanno detto:
"Pensiamo di poterli riprodurre."

Perché nell'industria e nella società,

questi materiali morbidi
con controllo di forma

sono davvero molto rari.

E sono andati avanti, lavorando con noi

e hanno prodotto i primi prototipi
di papille artificiali, materiali morbidi,

mostrati qui.

Li vedete gonfiarsi
assumendo forme diverse.

E potete toccarli con un dito

per vedere che sono abbastanza malleabili.

E questo è un esempio
di cosa si potrebbe fare.

Da qui voglio passare
al colore dei tessuti,

e immagino che anche questo
potrebbe avere molte applicazioni.

Guardate questo caleidoscopio di colori

di pigmenti e riflettori
dinamicamente controllati

che vediamo nei cefalopodi.

Sappiamo abbastanza
sul loro funzionamento meccanico

che possiamo iniziare a tradurlo

non solo nei tessuti,

ma forse anche in cosmetici che mutano.

E inoltre, c'è stata la recente scoperta

di molecole sensibili alla luce
nella pelle dei polpi

che potrebbero aprire la strada
verso materiali intelligenti

che percepiscono e rispondono da soli.

Questo tipo di biotecnologia,
o di biomimetica, se vogliamo,

potrebbe cambiare la nostra visione
del mondo fuori dall'acqua.

Prendete, per esempio,
l'intelligenza artificiale

che potrebbe essere ispirata
al cervello distribuito nel corpo

e al comportamento del polpo

o alla pelle intelligente della seppia

reinterpretata in modo innovativo.

Beh...

come ci arriviamo?

Forse tutto ciò che dobbiamo fare

è iniziare a guardare
con un po' di ingegno

quanto siano ingegnosi i cefalopodi.

Grazie.

(Applausi)