Gli animali non fanno fotosintesi, anzi sì, anzi no

 Proprio come il Winner Taco, il mio regno è stato breve ma intenso, e tutti mi amavano. E proprio come il Winner Taco, finalmente sono tornato. Questa volta sono in grado di tener fede al mio impegno di NON pubblicare un altro articolo sugli insetti. Sempre di invertebrati però si parla, e di quelli più viscidi e repellenti, per giunta. O forse no? Mentre decidete, se non lo avete ancora fatto potete mettere “Mi piace” all’articolo e alla pagina facebook del blog, tanto si sa che i “Mi piace” sono tutto nella vita.

 

“Prendiamocela larga” come disse il padre di Adèle prima di adottare.

C’era una volta… “Un re!” grideranno i miei piccoli lettori. E invece no. C’era una volta, tanto tempo fa, un batterio che, per un capriccio dell’evoluzione, imparò la raffinata arte della fotosintesi. Sempre nello spirito del blog divulgativo, se fossi una persona seria a questo punto dovrei tentare di illustrare le basi di come funziona la fotosintesi, ma ciò forse ci porterebbe troppo lontano dal nocciolo della questione, senza contare che la fotosintesi è una roba biochimica, e io sulla biochimica tendo a scivolare facilmente. Se volete la versione iperbreve per negati (che è sufficiente per la comprensione dell’articolo) la fotosintesi è un processo attraverso cui un organismo, grazie all’energia della luce solare e alla MAGIA NERA, tramuta acqua e anidride carbonica in zuccheri (utili come nutrimento) e ossigeno, che controintuitivamente è un prodotto di rifiuto.  Queste poche parole dovrebbero lasciare soddisfatta la maggior parte di voi, incluso il fondatore del blog che ci tiene tanto a essere user-friendly.

Invece di un’immagine seria sulla fotosintesi, ecco una foto del Winner Taco, perché adesso che l’ho nominato non riesco a togliermelo dalla mente. Immagine www.giornalettismo.com.

Invece di un’immagine seria sulla fotosintesi, ecco una foto del Winner Taco, perché adesso che l’ho nominato non riesco a togliermelo dalla mente. Immagine http://www.giornalettismo.com.

Ora, se qualcuno ha prestato sufficiente attenzione, si potrà porre delle domande: batteri? Ma non erano le piante a fare fotosintesi? Be’, non proprio. Per citare un mio leggendario Prof. universitario: “Tutto quello che è verde fa fotosintesi”. Che non significa che Hulk va a energia solare o che le iguane fanno fotosintesi, ma che se una cellula è di colore verde, c’è buona possibilità che contenga i pigmenti, in primis la famosa clorofilla, necessari a trasformare l’energia solare in energia chimica comodamente immagazzinabile.

Nel caso dei batteri fotosintetici, tutto il complesso armamentario necessario al processo sta nella membrana cellulare stessa. I batteri però sono procarioti: cellule strutturalmente semplici, senza nuclei o organuli interni; come è organizzata la questione negli organismi Eucarioti come piante, alghe e molti protozoi, le cui cellule sono molto più grandi e morfologicamente complesse, con un nucleo che racchiude il DNA e un sacco di piccoli bizzarri organuli interni membranosi adibiti alle più varie funzioni?

Oh ehi guarda, un cloroplasto, e tutte le sue belle particine che non vi spiegherò. Immagine Wikimedia Commons.

Oh ehi guarda, un cloroplasto, e tutte le sue belle particine che non vi spiegherò. Immagine Wikimedia Commons.

Fra gli organuli della cellula eucariote, particolarmente interessanti sono i mitocondri, dove l’energia chimica immagazzinata nella cellula viene resa disponibile per essere usata nei vari processi metabolici, grazie a un ciclo di reazioni che ci ho messo settimane a imparare e pochi giorni a dimenticare ai bei tempi della triennale. E, coi mitocondri, interessanti sono anche i cloroplasti, verdi organelli in cui avviene la fotosintesi e che sono quindi presenti solo in certi gruppi di organismi.

Mitocondri. Cloroplasti. Mit… Clor… Vi ricorda qualcosa? Se non è così, è perché quando siete andati a vedere La Minaccia Fantasma al cinema siete svenuti dalla noia sulla poltroncina, probabilmente nella parte in cui Palpatine parla per mezz’ora di fantapolitica spaziale seduto su una sedia. Una delle tante idee cretine del film erano i Midi-chlorian*, microorganismi simbionti che vivevano nelle cellule di tutti i viventi mettendoli in comunicazione con la Forza. Se il nome sembra un incrocio fra “mitocondri” e “cloroplasti”, però, non è un caso. Anche questi due tipi di organelli, infatti, come la loro controparte fittizia, sono stati in origine dei microorganismi a vita libera.

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L’espressione di George Lucas mentre ideava Jar Jar Binks. Perché prendersela con Jar Jar Binks è un po’ come sparare sulla Croce Rossa, ma noi lo si fa comunque. Immagine di http://georgelucasneck.tumblr.com. Che per inciso è un blog dedicato al collo di George Lucas. Internet è un mondo meraviglioso.

Questa straordinaria simbiosi, o meglio endosimbiosi è stata, più di 1,5 miliardi di anni fa, alla base dell’origine degli Eucarioti, con tutta una serie di fondamentali ripercussioni sulla loro biologia e sulla loro immensa diversità morfologica. Mitocondri e cloroplasti erano una volta batteri a vita libera, e si trovano ora protetti e coccolati in una cellula più grande, a cui forniscono in cambio i loro poteri di respirazione cellulare e fotosintesi, rispettivamente. Come retaggio dei loro giorni da giovani microorganismi scavezzacollo, posseggono ancora un loro genoma, che è però molto semplificato: molte delle funzioni che una volta erano codificate in questi batteri ora sono “traslocate” nel genoma del nucleo della cellula eucariote; in sostanza, per costruire tutte le proteine necessarie al metabolismo di mitocondri e cloroplasti devono collaborare sia gli organuli che il nucleo. So che in questo paragrafo non c’è praticamente neanche una battuta, ma ve lo dovete ricordare comunque perché è qui che sta il trucco.

E così, dopo questo epico e inaspettato viaggio attraverso il tempo e lo spazio (nonché l’inconscio di George Lucas) alla scoperta dell’origine del cloroplasto, arriviamo finalmente ai nostri protagonisti. Già, perché come sappiamo gli animali non hanno cloroplasti, e quindi non fanno fotosintesi.

Ma anche sì. Entrano in scena i Plakobranchoidea.

Sentendo la parola “lumaca” la maggior parte della gente compie i seguenti errori in questa sequenza: 1) Pensa a una chiocciola , e 2) Pensa a un animale viscido, smorto e sgradevole. Ok, molte lumache sono goffe e smorte, e decisamente tutte sono viscide a causa del muco (del resto, se dovete muovervi strisciando sulla pancia e difendervi dai predatori senza essere provvisti di arti, il muco è una soluzione come un’altra), ma se si dà un’occhiata sotto la superficie del mare la situazione cambia radicalmente. Per esempio i Nudibranchi  sono spesso animali di una bellezza pressoché inverosimile, che dimostrano come quasi sempre un processo cieco e casuale come l’evoluzione riesca a originare forme infinitamente più fantasiose e straordinarie di tante menti creative di Hollywood, che pensano che attaccare un set extra di zampe a un cavallo e colorarlo con l’evidenziatore sia la strada per la spettacolarità visiva (sto guardando te, James Cameron).

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Il nudibranco Glaucus atlanticus nell’atto di insegnare pazientemente a James Cameron come si fanno i film di fantascienza. Immagine Wikimedia Commons.

Tornando ai Plakobranchidi, hanno anche loro qualche asso nella manica. Questi animali si nutrono di alghe, e alcune specie hanno la peculiare caratteristica di non digerire i cloroplasti di queste alghe, ma di conservarli vivi nella loro ghiandola gastrica. In particolare ci sono 4 specie – Plakobranchus ocellatus, Elysia timida, E. chlorotica e E. crispata – in cui i cloroplasti “rubati” (un fenomeno appunto detto cleptoplastia) si mantengono vivi e fotosinteticamente attivi per mesi dopo essere stati ingeriti, donando agli animali un bel colore verde clorofilliano oltre che il soprannome di “lumache a energia solare”. Già, apparentemente (nonostante i cloroplasti non siano i loro) questi sono a tutti gli effetti animali fotosintetici, gli unici finora conosciuti, e grazie a questa capacità possono sopravvivere mesi senza mangiare.

Se foste biologi, la sola idea vi manderebbe in solluchero, perché noi biologi non veniamo mai invitati alle feste e ci consoliamo con queste bizzarrie fantascientifiche che vengono continuamente scoperte nel mondo vivente, e che aggiungono quel po’ di pepe al nostro lavoro. Per un po’ le lumache a energia solare, in grado di prodursi da sole i propri nutrienti grazie alla fotosintesi, hanno anche spopolato in varie Top 10 degli animali più incredibili su internet, proprio accanto a Doge e al Keyboard Cat . Ma si sa che nella comunità scientifica, ogni volta che salta fuori qualcosa di figo, qualcuno diventa sospettoso.

Elysia clorotica, un Plakobranchide, ha fatto il pieno di cloroplasti. Immagine Wikimedia Commons.

Elysia clorotica, un Plakobranchide, ha fatto il pieno di cloroplasti. Immagine Wikimedia Commons.

Ora, sul fatto che i cloroplasti (o plastidi) rimanessero vivi dentro le lumache c’erano pochi dubbi. Però vi ricorderete (altrimenti son botte) che per funzionare i cloroplasti hanno bisogno di diversi geni contenuti nel nucleo dell’alga. 90% delle proteine necessarie, in effetti, sono codificate dal nucleo dell’alga. Come si fa?

E’ stato pensato che potesse essere avvenuto un cosiddetto Trasferimento Genico Orizzontale (Horizontal Gene Transfer – HGT per gli amici): vale a dire, invece di passare dagli antenati ai discendenti come tutti i bravi geni morigerati e rispettosi dei valori tradizionali, alcuni geni a volte “salterebbero” da un ramo all’altro dell’albero evolutivo fra organismi per nulla imparentati, specie se questi stanno a contatto molto stretto per un pò. Questo accade spessissimo ad esempio fra i batteri, che si scambiano DNA come se non ci fosse un domani, facendo assomigliare la loro parte dell’albero filogenetico a un garbuglio barocco; è più raro fra animali e altri eucarioti, ma può comunque capitare.

Alcuni studi sembravano effettivamente indicare che il genoma di Elysia clorotica avesse inclusi dei geni necessari per la fotosintesi, arrivati dritti dritti dalle alghe di cui si nutre; peccato che la proteina presa in considerazione, identica a quella algale, dovrebbe funzionare in plastidi provvisti di 4 membrane, mentre i plastidi prigionieri nelle viscere delle lumache vengono privati delle due membrane più esterne. Ulteriori studi non sembrano aver individuato geni algali nelle lumache, o sembrano averli individuati in percentuale così bassa ed espressi così poco da far pensare che si tratti solo di una contaminazione.

Ciononostante, la fissazione di anidride carbonica in composti organici da parte dei plastidi avviene; per dimostrarlo è bastata una serie di semplici esperimenti in cui venivano confrontate lumache tenute alla luce con alcune rinchiuse in cellette buie stile Guantanamo Bay. Apparentemente quindi la reputazione di lumache solari è salva, e Doge deve ancora temere la loro competizione su internet.

Nessun animalista protesta per le lumachine lasciate senza sole. Emoticon triste. Immagine Christa et al.

Nessun animalista protesta per le lumachine lasciate senza sole. Emoticon triste. Immagine Christa et al. (2013)

 Ed è stato solo a questo punto, nel 2013, che si è deciso di fare l’esperimento più semplice e ovvio. Un gruppo di ricercatori, sempre intrigati dal ridente concetto di Guantanamo Bay, ha confrontato lumache allevate alla luce con lumache allevate al buio, per vedere se nel secondo gruppo la mortalità e/o la perdita di peso erano significativamente maggiori. E in un colpo di scena degno di quando M. Night Shyamalan non faceva questi film, è saltato fuori che non c’era differenza.

Certo, visto quanto è intricato il caso questo non distrugge definitivamente la possibilità che i Plakobranchidi siano fotosintetici; però le dà un bello scossone. E insegna come a volte un’idea è tanto bella da venir considerata fondata senza che nessuno si accorga che c’è un metodo molto semplice per verificarla che ancora non è stato tentato.

Se da una parte però viene messa in dubbio l’affascinante teoria secondo cui alcuni molluschi rubano cloroplasti alle alghe e li usano per farci fotosintesi, dall’altra c’è una nuova teoria: che le lumache rapiscano i plastidi, tenendoli sadicamente prigionieri nel loro dungeon gastrico e digerendoli un po’ alla volta quando serve, usandoli quindi come scorte viventi di cibo, e non come pannelli solari; per metterla nei termini di C3PO, “Nel suo ventre scoprirete una nuova qualità di dolore e sofferenza, mentre verrete digeriti per un migliaio di anni”. Hardcore, baby. E ancora da spiegare è il segreto della straordinaria longevità dei plastidi in queste 4 lumache, quindi c’è ancora lavoro in futuro per biologi affamati.

Inoltre, se proprio la coppietta animali/fotosintesi era la vostra preferita, avete messo le loro foto sul diario attorniate da cuoricini e avete scritto una fan fiction softcore in 12 puntate su come si sono conosciuti, non disperate: qualche surrogato esiste. Non avranno cloroplasti tutti loro, ma moltissimi Cnidari (coralli, anemoni & co.) e anche qualche spugna instaurano relazioni simbiotiche con alghe a cui danno alloggio e materia prima da fotosintesi  (come l’anidride carbonica, che per gli animali è un prodotto di scarto) in cambio di una generosa fetta dei nutrienti che vengono prodotti.

Una salamandra. Perché? Leggete sotto. Immagine www.ekmpowershop27.com.

Una salamandra. Perché? Leggete sotto. Immagine http://www.ekmpowershop27.com.

E che dire della promiscua e quasi indecente relazione fra la salamandra Ambystoma maculatum e l’alga Oophila amblystomatis, che è così pedofila che il suo nome significa “amo le uova di salamandra”? Questa particolare alga infatti cresce solo all’interno delle cellule degli embrioni di questa particolare salamandra, e gli embrioni beneficiano dell’ossigeno rilasciato come prodotto di scarto della fotosintesi. Che è piuttosto fico. Inoltre, in questo modo abbiamo cellule batteriche ancestrali trasformate in cloroplasti, contenuti in cellule eucarioti algali, contenuti in cellule eucarioti di salamandra. E’ come Inception, ma con più cellule.

*Non so voi, ma visto che i Midi-chlorian sembrano voler essere una sorta di incrocio fra il mitocondrio e il cloroplasto che è tipico di piante e affini, io la prendo come una tacita ammissione del fatto che Hayden Christensen è in effetti un vegetale.

FONTI

  • CHRISTA G., ZIMORSKI V., WOEHLE C., TIELENS A. G. M., WAGELE H., MARTIN W. F., GOULD S. B. (2013): Plastid-bearing sea slugs fix CO2 in the light but do not require photosynthesis to survive – Proc. R. Soc. B 2014 281
  • RUMPHO M. E., WORFUL J. M., LEE J., KANNAN K., TYLER M. S., BHATTACHARYA D., MOUSTAFA A., MANHART J. R. (2008): Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica – PNAS vol. 105, no. 46, 17867 – 17871

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