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livello medio
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ARGOMENTO: BIOLOGIA MARINA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: POLICHETI
parole chiave: Paralvinella hessleri, Alvinellidi
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Esiste una famiglia di policheti, gli Alvinellidi, che comprendono specie estremofile già di per sé molto curiose. Tra di essi la più nota è quella del verme di Pompei, Alvinella pompejana, un polichete marino scoperto nel 1979 in prossimità delle sorgenti idrotermali abissali, in condizioni ambientali estreme (ovvero in presenza di acqua caldissima e molto acida … nel buio più totale).
L’Alvinella pompejana, o verme di Pompei, è in grado di sopravvivere a temperature che raggiungono i 84 °C. È ricoperto da un mantello di peli, in realtà costituito da batteri con metabolismo chemiosintetico. Questa specie di anellide polichete vive nelle profondità marine, sempre in prossimità di sorgenti idrotermali (nell’Oceano Pacifico) a profondità di circa 2.500 metri. Scoperto nel 1979 da ricercatori francesi, il verme di Pompei mostra un’eccezionale termo-tolleranza per un eucariote (da 20 a oltre 80 °C negli adulti) e può essere descritto come un animale estremofilo – Fonte: http://www.nsf.gov/od/lpa/news/press/01/pr0190.htm – Autore: National Science Foundation (University of Delaware College of Marine Studies) Alvinella pompejana.jpg – Wikimedia Commons
Un verme giallo impressionista
Recentemente è stato scoperto nei pressi delle fumarole idrotermali presenti sul fondale dell’Oceano Pacifico un altro verme marino, Paralvinella hessleri che ha una caratteristica curiosa: genera un pigmento giallo tossico che è stato per secoli utilizzato dagli artisti. Questo biominerale si forma sul suo corpo quando i composti tossici di arsenico e solfuro presenti nell’ambiente reagiscono nelle sue cellule cutanee. La cosa curiosa è che il minerale, pur restando tossico, lo è molto meno dei suoi precursori emessi dalle sorgenti idrotermali.
Fig. 1. Immagini del verme alvinellide, Paralvinella hessleri. A: Un esemplare di P. hessleri ha colonizzato una bocca idrotermale nel campo idrotermale settentrionale di Iheya. La fauna della bocca mostrava un’apparente variazione lungo i gradienti ambientali. Le aree vicine alla bocca idrotermale erano ricoperte da una patina di muco bianco (colonie di P. hessleri). Le aragoste Shinkaia crosnieri occupavano le aree circostanti le colonie di P. hessleri (indicate dalle punte di freccia nere). I mitili Bathymodiolinae rimanevano più lontani (indicati dalla punta di freccia bianca); A’: Immagine ravvicinata di vermi di P. hessleri vicino alla bocca idrotermale. B: Un esemplare di P. hessleri con tentacoli buccali estroversi, vista laterale. Si noti che l’animale ha un colore giallo brillante; C: Immagine ravvicinata del notopode; D: Immagine ravvicinata del gambo dell’apparato branchiale. Entrambi i pannelli C e D dimostrano la presenza di granuli gialli di bio minerale nell’epidermide di un Paralvinella hessleri. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003291.g001
Come sempre partiamo dall’inizio
La sopravvivenza delle forme animali e vegetali è limitata da una ristretta gamma di condizioni nel proprio habitat ma alcune si sono adattate ad ambienti estremi che sono ostili o addirittura letali per altri. E’ recente la scoperta di forme di vita superiori, canidi e felini, che si sono adattati a vivere nella zona radioattiva di Chernobyl, senza subire particolari mutazioni, una condizione ritenuta impossibile. Cosa consenta la sopravvivenza di questi animali in condizioni di radioattività “estreme”, affascina la ricerca scientifica che vuole comprendere quali meccanismi si siano attivati per consentire a queste forme viventi di potersi adattare a condizioni ambientali estreme. Non dimentichiamo che uno tra i tanti ostacoli alla conquista dello spazio e la lunga esposizione alle radiazioni che subiscono gli astronauti.
Chasing the impossible
Secondo un recente studio A deep-sea hydrothermal vent worm detoxifies arsenic and sulfur by intracellular biomineralization of orpiment (As2S3) di Hao Wang, Lei Cao, Huan Zhang, Zhaoshan Zhong, et alii., Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences, gli Alvinellidi, una famiglia di vermi policheti – che comprende per ora solo due generi, l’Alvinella e la Paralvinella – sono esempi tra i più intriganti di questi adattamenti estremi. Questi vermi sono endemici nelle sorgenti idrotermali di acque profonde dove riescono a sopravvivere in condizioni ambientali estreme. Inn particolare, sono sedentari e vivono all’interno di tubi prodotti dalla secrezioni di cellule epidermiche, affondati nel sedimento. Tra i più noti il “verme di Pompei“, Alvinella pompejana, il cui nome alla città di Pompei, per l’analogia suggerita dall’origine vulcanica delle fumarole. All’interno dei loro tubi si creano fortissime differenze di temperatura: mentre la coda sta a 80 °C, le branchie stanno a 20 °C, consentendo quindi una maggiore tollerabilità alle temperature estreme.
il verme di Pompei, fotografato dalla nave di Ifremer “Atalante”, durante la campagna oceanografica PHARE sulla dorsale orientale del Pacifico. Si tratta di una specie che si trova solo in prossimità dei camini idrotermali – Autore Olivier Dugornay Verme polichete Alvinella Pompejana su fondo nero (Ifremer 00569-68060 – 25239).jpg – Wikimedia Commons
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L’ambiente estremo delle sorgenti idrotermali, pur offrendo notevoli opportunità a questi vermi, oltre alle alte temperature, comporta una sfida per la loro sopravvivenza a causa degli elevati livelli di solfuri e metalli pesanti emessi che sono letali per la maggior parte degli animali.
Essendo le condizioni chimico fisiche dell’habitat fortemente alterate dalle emissioni dal fondo, i vermi Paralvinella hessleri, per poter sopravvivere, hanno quindi dovuto sviluppare un meccanismo di trasformazione chimica per far fronte alle alte concentrazioni di arsenico che altrimenti sarebbero letali. Come è noto, l’arsenico, un metalloide altamente tossico e cancerogeno, è un inquinante ambientale comune che si ritrova in alcune zone in concentrazioni tali da impedire il consumo delle acque. Sebbene l’acqua di mare ne contenga bassi livelli (circa 10–20 nm), i fluidi idrotermali ne emettono livelli elevati; inoltre, se non fosse abbastanza, l’ecosistema idrotermale delle profondità marine è privo di fitoplancton fotosintetico e macro alghe che potrebbero mitigare tale avvelenamento. In sintesi, un ambiente altamente tossico in cui le forme di vita dovrebbero morire rapidamente
Secondo i ricercatori, autori dello studio, questi Alvinellidi sono particolarmente esposti all’arsenico diventandone degli iper-accumulatori di questo metalloide. Durante la crociera congiunta “WPOS Hydrothermal vent and Cold seep 2016” sono stati raccolti esemplari di Paralvinella hessleri da due sorgenti idrotermali nel campo idrotermale JADE, situato nella fossa di Okinawa (tra i 1328,3 ed i 1.584 m di profondità), utilizzando il veicolo a comando remoto (ROV) “Faxian“. I vermi P. hessleri ed altri animali che sopravvivono nei pressi della sorgente sono stati raccolti utilizzando un campionatore a suzione. La maggior parte dei vermi P. hessleri raccolti erano vivi e attivi quando il ROV è stato recuperato a bordo del RV “Kexue“.
Il Paralvinella hessleri, un verme di colore giallo brillante, è una delle specie dominanti nei sistemi idrotermali del retroarco del Pacifico occidentale, come i campi idrotermali dell’arco di Izu-Ogasawara e la fossa di Okinawa. Come il verme di Pompei, questo polichete cresce in nicchie vicine alle sorgenti idrotermali calde che emettono una concentrazione molto più elevata di arsenico, rendendo l’habitat ancora più difficile per la sua sopravvivenza – immagine da studio citato
Gli scienziati si sono posti la domanda come questo animale possa sopravvivere in questo ambiente altamente tossico. Dall’ indagine chimica ambientale è risultato che il P. hessleri bio-accumulava e tollerava un livello incredibilmente alto di arsenico (circa 10.000 μg/g, corpo intero), che è circa una grandezza superiore alla maggior parte degli iper-accumulatori di arsenico noti (come il verme polichete Arenicola marina, la felce Pteris vittata e il verme polichete Tharyx marioni che sono in grado di accumulare arsenico organico).
Ecco come avviene la riduzione della tossicità dell’arsenico, da “Combattere il veleno con il veleno”, da parte del Paralvinella hessleri – da studio citato https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003291.g008
L’analisi di microscopia ottica ed elettronica hanno rivelato che i granuli intracellulari nelle cellule epiteliali di Paralvinella hessleri, che conferiscono al verme quella bellissima colorazione giallo brillante che avrebbe fatto invidia a Cezanne e Rembrandt, sono composti da minerali di arsenico bio-mineralizzati. La cosa straordinaria è stata che un’ulteriore analisi completa, impiegando tecniche di microscopia Raman, genomica e proteomica, ha svelato un adattamento unico di “combattere il veleno con il veleno” attraverso un meccanismo chimico che utilizza l’acido solfidrico per disintossicarsi dall’arsenico. In estrema sintesi, a causa delle sue proprietà chimiche, l’Arsenico può essere assorbito dai trasportatori di minerali e nutrienti attraverso la diffusione cellulare diretta o il trasferimento trofico. Un meccanismo ancora da comprendere pienamente. Chissà se lo studio di questi adattamenti potrà aiutarci in un prossimo futuro quando l’Uomo incomincerà a colonizzare nuovi mondi.
Vincenzo Popio
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1. Questi animali possono godere dei vantaggi legati alle sorgenti idrotermali legati alle emissioni di fluidi caldi e ricchi di gas che promuovono un’elevata produttività primaria e scoraggiano i predatori, creando di fatto un’abbondante riserva alimentare per gli alvinellidi
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