Elysia chlorotica: il mollusco a energia solare

Il mollusco a energia solare

Un piccolo mollusco marino è in grado di inglobare i cloroplasti dell’alga di cui si ciba per trarre energia con la fotosintesi

La sua misteriosa esistenza alimenta il dibattito evolutivo e le speranze per la ricerca, ma continuare a studiarlo è sempre più difficile

Elysia chlorotica è un mollusco marino, con un corpo verde, gelatinoso e una forma a foglia. Vive lungo le coste atlantiche del Nord America e negli ultimi anni è diventato uno degli organismi più ricercati grazie a una straordinaria capacità: produrre energia con la fotosintesi clorofilliana

Questa caratteristica unica deriva dalla simbiosi estrema con i cloroplasti contenuti nelle cellule vegetali delle alghe di cui si ciba. I cloroplasti sono organelli complessi, esclusivamente vegetali, dentro ai quali avvengono le fasi della fotosintesi. Non vengono digeriti da Elysia, ma inglobati in particolari cellule del proprio apparato digerente dove continuano a funzionare, alimentando il metabolismo dell’animale.

Furto di geni

Dopo essersi nutrita della sua alga preferita (Vaucheria litorea), Elysia chlorotica assume la sua colorazione verdognola e grazie alla fotosintesi riesce a produrre energia, sotto forma di glucosio, fino a 10 mesi (molto più a lungo rispetto a una pianta). A questo punto non avrà bisogno di ulteriore cibo e avrà la sola premura di mantenersi in acque superficiali per esporsi alla luce del sole.

Le cellule dell’epitelio digestivo di Elysia riconoscono i plastidi dell’alga avviando un processo di adattamento che porta al riconoscimento come molecole proprie, impedendone la distruzione e digestione. Si stabilisce così un rapporto di simbiosi con i cloroplasti “rubati” che sfocia con la sintesi delle proteine necessarie alla fotosintesi. Un comportamento che prende il nome di Cleptoplastia

Ciò che avviene durante la digestione è qualcosa di sorprendentemente complesso. I cloroplasti non possono sopravvivere così come sono ma hanno bisogno di strutture che normalmente non sono prodotte dagli organismi animali. Gli studi hanno mostrato che Elysia non “ruba” anche tali strutture di supporto dalle alghe, ma comincia a produrle da sé grazie ad un trasferimento orizzontale dei geni. Nei singoli cloroplasti infatti, è contenuto materiale genetico sufficiente a codificare solamente il 10% delle proteine necessarie al loro completo funzionamento. Gli altri geni indispensabili vengono reperiti nel DNA nucleare dell’alga attraverso un meccanismo ancora sconosciuto ai ricercatori.

I geni come beni pubblici

La capacità di fotosintesi di Elysia ha scosso notevolmente il dibattito scientifico, specialmente in ambito evoluzionistico oltreché filosofico.

Alcuni ricercatori hanno messo in dubbio l’onnicomprensività dell’albero evolutivo così come immaginato da Darwin, secondo cui l’evoluzione segue ramificazioni genealogiche divergenti e distinte per tutte le forme di vita.

Disegno originale di Charles Darwin del primo “albero della vita” dal suo taccuino del 1837. Darwin sosteneva però che la metafora dell’albero, gerarchica, non fosse corretta. Quella più indicata è quella del corallo, in cui nessun ramo è più importante. Credit:
Cambridge University Library

Abbiamo già visto come tra animali e piante vi siano somiglianze biochimiche a livello di comunicazione. Tuttavia il furto di geni derivati dall’alga da parte di Elysia chlorotica rappresenterebbe una linea orizzontale, forse antiestetica, che collega regni ben distinti, dalle piante verso gli animali, aggiornando la rappresentazione a cui siamo abituati.
In uno studio del 2008 pubblicato su PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), uscito in seguito ai primi studi sul mollusco a energia solare, gli autori parlano di una nuova visione dell’albero della vita che comprenda anastomosi tra i distinti rami, indirizzate da predazione e trasferimento orizzontale di geni.

Un’altra stimolante riflessione proviene da un articolo del 2011, i cui autori propongono di interpretare l’intero sviluppo della vita sulla Terra secondo la teoria dei “geni come beni pubblici“. Questa teoria è stata elaborata in seguito agli studi genetici su Elysia, ma anche su trasposoni, plasmidi e virus, oltre alla necessità di inquadrare i procarioti in una genealogia dei viventi più accurata, essendo sempre stati forzatamente conciliati con il modello ad albero. Gli autori propongono di restringere il “tree-thinking” a livello “regionale”, nell’ambito di una integrazione più ampia in cui il materiale genetico, con nuove regole e restrizioni, sarebbe un “bene pubblico” a disposizione dell’evoluzione degli organismi, indipendentemente dalla posizione occupata nelle ramificazioni divergenti. Un po’ come in fisica, la meccanica classica è stata inglobata dalla meccanica quantistica.

Nonostante le numerose ambiguità, questa proposta rimane interessante soprattutto alla luce del fatto che alla base della biodiversità, ovvero tra le forme di vita meno specializzate, sia difficile fare ordine e risolvere problemi attraverso la prospettiva dell’adattamento divergente. L’attuale groviglio di relazioni confuse e sovrapposizioni genetiche potrebbe così trovare una spiegazione più soddisfacente.

Sempre più raro e difficile da studiare

Ai tempi dei primi studi su Elysia chlorotica, si parlava di suggestioni come la fotosintesi negli uomini, o più verosimilmente di un potenziale importante contributo alla terapia genica. Purtroppo, al momento tutti gli studi su questo sorprendente mollusco sono stati abbandonati o sono in abbandono. La causa principale è la sua sempre maggiore scarsità, unita alla terribile difficoltà nell’individuarla nel suo ambiente. L’ecosistema in cui vive è molto delicato e sensibile alle attività umane e agli effetti del riscaldamento globale, come l’innalzamento del livello del mare e l’aumento delle temperature.

Anche l’allevamento in cattività risulta molto complesso e difficile, tanto che il prof. Sidney Pierce della Florida State University, che ha studiato Elysia per 30 anni ed ora in pensione, ha dichiarato al National Geographic che per quanto proibitivo, trovare esemplari da studiare in mare è più facile che crescerli in laboratorio. Riferendosi anche alla difficoltà nel coltivare Vaucheria litorea, l’alga che innesca la fotosintesi e da cui parte il trasferimento genetico: una pianta a crescita molto lenta e complicata da riprodurre in un ambiente diverso da quello originale.

La capacità di trarre energia direttamente dal sole, acquisendola geneticamente, potrebbe sembrare per un animale una svolta straordinaria nel panorama biologico, da cui ci aspetteremmo prosperità e successo evolutivo. Tuttavia l’estrema rarità di Elysia ci ricorda che lo sviluppo di una specie dipende da migliaia di altri fattori a lei connessi e di cui non sempre siamo consapevoli.

Fonti:

  • Rumpho, Mary E., et al. “Horizontal gene transfer of the algal nuclear gene psbO to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica.” Proceedings of the National Academy of Sciences 105.46 (2008): 17867-1787
  • Sidney K. Pierce, Xiaodong Fang, Julie A. Schwartz, Xuanting Jiang, Wei Zhao, Nicholas E. Curtis, Kevin M. Kocot, Bicheng Yang, Jian Wang; Transcriptomic Evidence for the Expression of Horizontally Transferred Algal Nuclear Genes in the Photosynthetic Sea Slug, Elysia chloroticaMol Biol Evol 2012; 29 (6): 1545-1556. doi: 10.1093/molbev/msr316.
  • McInerney, James O., et al. “The public goods hypothesis for the evolution of life on Earth.” Biology direct 6.1 (2011)

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