Pelomyxa palustris, la madre di tutti i mal di testa

Come l’araba Fenice, che vi sia ciascun lo dice, cosa sia nessun lo sa

Parafrasato da Metastasio, “Demetrio”, atto II, scena III

 

Per una volta, eccezionalmente, questo blog fa un salto fuori dalle stranezze del regno animale. Il salto pero’ e’ un salto nel buio, perche’ non saprei dirvi con precisione a che regno appartenga la creatura in questione. Tanto, tanto tempo fa (XIX secolo), quando la vita era semplice e la zoologia era uno sport per gentiluomini di campagna, la Pelomyxa palustris era classificata come animale unicellulare. Poi ci si sono messe di mezzo la tassonomia, la cladistica e la biologia molecolare e oggi, come risultato, non sappiamo piu’ cos’e’ questa bestia. Due le possibilita’, a seconda degli autori: potrebbe (versione dell’ITIS) appartenere al regno dei protozoi, creature con caratteristiche citologiche animali ma unicellulari, o potrebbe appartenere (versione “Tree of life project“) al misterioso regno degli amebozoa, di cui farebbero pare le classiche amebe, la Pelomyxa che e’ un po’ una cosa a se’ e gli inquietanti Acrasiomiceti, una volta considerati funghi e oggi considerati dai biologi di incerta collocazione, ma io so cosa sono: sono alieni, ma questo e’ un altro post.

Alcuni considerano la Pelomyxa una creatura in stasi evolutiva dal Precambriano, un essere da cui si sarebbero evoluti tutti gli eucarioti, la madre di tutte le cellule, insomma.

Innanzi tutto,  occorre fare una doverosa premessa: questo e’, ahime’, un post un po’ complicato. Se dovete portar fuori il cane o state preparando la mousse di melanzane fatelo prima di addentrarvi nella lettura. Chi vi scrive, dopo molti giorni di riflessione, ha dovuto prendere il coraggio a due mani prima di impugnare la tastiera e riordinare le idee.

Seconda premessa: mi rendo ben conto che la citologia possa essere per molti un surrogato del Valium ma avro’ bisogno di usare in questo post alcuni termini tecnici che vado a spiegare. Chi li conosce gia’ mi perdoni la verbosita’ (o la eccessiva semplificazione, a seconda di come vede il mondo) ed e’ autorizzato a saltare i prossimi capoversi.

Gli esseri viventi si dividono in tre grandi gruppi, o “domini”: gli Eubatteri, gli Archebatteri e gli Eucarioti. I primi due hanno una cellula piccola e semplice, detta “procariote” (le differenze tra i due primi domini sono di tipo biochimico piu’ che di aspetto), mentre gli ultimi hanno una cellula grossa e complessa detta “Eucariote” e includono animali, vegetali, funghi e insomma tutta la roba che non chiamiamo batteri. Noi eucarioti siamo un pochetto piu’ imparentati con gli Archebatteri, e infatti siamo altrettanto sfigati: i veri dominatori della biosfera sono gli Eubatteri, come si arguisce da qui.

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Cellula Procariote. Da: helpformystudents.com

Le cellula procariote e’ formata da una membranella tenera circondata da un involucro rigido al cui interno si trova una sostanza gelatinosa detta citoplasma. Sparso in questo citoplasma c’e’ un anellino di DNA, un po’ di ribosomi piccoli, che sono “palline” di RNA e proteine che servono a fabbricare altre proteine, un po’ di microtubuli (che sono delle impalcature di sostegno), enzimi, vitamine e altre molecole piccole varie ed eventuali. All’esterno a volte si trovano delle strutture dette ciglia o flagelli che servono alla cellula per spostarsi. Tutto qui, ne’ piu’ ne’ meno. La riproduzione e’ sempre asessuata e in genere avviene con la divisione in due della cellula. Sicuramente il modello base del creato, e infatti sono anche le piu’ antiche.

Le cellule eucariote invece sono multi-accessoriate e full-option, il modello deluxe della serie. Al loro interno il DNA, costituito non da un singolo anello ma da coppie di lunghe catene dette cromosomi, e’ circondato da una membrana detta membrana nucleare e il tutto forma il nucleo, assente nei procarioti. Nel citoplasma oltre a un ricco impianto di microtubuli e di grossi ribosomi vi sono anche una serie di organelli che aiutano la cellula a svolgere le sue diverse funzioni. Ad esempio, vi sono tre distinti sistemi di membrane: il Reticolo Endoplasmatico Rugoso (RER), il Reticolo Endoplasmatico Liscio (REL) e l’Apparato del Golgi. Tutti e tre questi organelli sono costituiti da sacchettini piatti fatti con lo stesso materiale della membrana esterna, sono coinvolti nella sintesi di varie sostanze utili alla cellula (RER e REL), nel loro immaggazzinamento (REL e a volte Golgi) e nella loro distribuzione finale (apparato del Golgi) e comunicano tra di loro grazie a uno scambio di sacchettini (vescicole). I sacchettini del Golgi, in particolare, detti “cisterne”, sono impilati l’uno sull’altro a formare i dittiosomi, fondamentali per la comunicazione tra i vari compartimenti cellulari e con l’esterno. Per farla breve omettero’ gli altri oranelli non direttamente coinvolti in questo post e mi soffermero’ solo sui due organelli piu’ utili e piu’ inquetanti: i mitocondri e i cloroplasti.

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Cellula Eucariote. Da: helpformystudents.com

I mitocondri si occupano della produzione dell’energia della cellula, sotto forma di un “carburante” detto ATP, grazie ad un processo chiamato “respirazione aerobia”  che richiede la presenza di ossigeno nell’ambiente. Alcuni eucarioti e molti procarioti riescono pero’ a produrre energia  anche senza ossigeno, grazie alla respirazione anaerobia, che avviene nel citoplasma. I cloroplasti sono la sede della fotosintesi clorofilliana nelle piante e altri organismi verdi.

La primitiva cellula eucariote, qualcosa come due miliardi di anni fa, era anearobia e non disponeva di mitocondri. Poi avvenne un evento straordinario:  un alfa-proteobatterio (un eubatterio di cui ce ne sono ancora moltissimi in giro ai nostri tempi), aerobio, entro’ in una proto-cellula eucariote e si stabili’ una endosimbiosi tra i due: la grossa cellula eucariote offriva protezione al batterio, il batterio forniva energia. Non solo, permise agli eucarioti la conquista del mondo, sempre piu’ ricco di ossigeno (velenoso per molti anaerobi). Senza questa endosimbiosi, noi eucarioti saremmo ancora li a strisciare nei fanghi anossici. Il rapporto tra i due organismi divenne sempre piu’ stretto, al punto che il batterio trasferi’ parte dei suoi geni nel nucleo dell’ospite, altri li perse completamente (quelli ridondanti), conservandone all’interno solo una piccola parte: in questo modo, gli e’ impossibile tornare indietro alla vita libera ed e’ diventato quello che oggi chiamiamo mitocondrio. Ogni uomo, ogni donna, ogni filo d’erba, ogni libellula e’ pertanto una chimera, l’insieme di due individui, un eucariote e un procariote. Come facciamo a dirlo con certezza? La biologia molecolare ci viene in aiuto: tutti gli eucarioti hanno ad esempio nel nucleo il gene mitocondriale (e batterico) Hsp. Oltretutto possiamo osservare i geni per l’RNA dei ribosomi dei mitocondri (si, hanno conservato i loro ribosomi, e sono diversi da quelli della cellula).

Questo incredibile evento di endosimbiosi sembra che sia avvenuto una sola volta nella storia, e che tutti gli eucarioti quindi discendano da quella protocellula che ospito’ per prima il batterio-mitocondrio. Siamo insomma tutti imparentati e monofiletici. Alcuni proto-eucarioti, tuttavia, non contenti, permisero l’ingresso di almeno un altro batterio (un cianobatterio fotosintetizzante) che con lo stesso meccanismo si trasformo’ in un cloroplasto, e questo separo’ per sempre le piante e le alghe dal resto delle creature. Meccanismi piu’ complicati fecero’ si poi che gli organismi fotosintetizzanti si accaparrassero altri endosimbionti, e oggi alcuni autori contano che di questi eventi ne siano avvenuti almeno 13!

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Pelomyxa palustris. Schema tratto da: eol.org

E adesso che sappiamo tutte queste cose, possiamo finalmente guardare piu’ da vicino la Pelomyxa palustris.

Questa creatura, come si diceva, e’ costituita da un’unica cellula, gigantesca. Una cellula normale e’ grande qualche centesimo di millimetro, la Pelomyxa invece puo’ arrivare invece anche a mezzo centimetro! Vive nei fanghi degli stagni in Europa e in Nord-America, e trovarla non e’ difficile, la si nota spuntare bianchiccia nel fango anche ad occhio nudo. E’ sicuramente uno dei piu’ grossi eucarioti unicellulari esistenti (anche se recentemente ne hanno trovato uno da tre cm). Vive in un ambiente microaerobo, cioe’ nei sedimenti dove ossigeno ce n’e’, ma non e’ molto.

Fino a qui, tutto bene. Il problema e’ che all’interno la cellula e’ tutta “sbagliata”.

Innanzi tutto e’ polinucleata, cioe’ ha in un unico citoplasma anche un centinaio di nuclei. Questa non e’ una caratteristica unica e la si riscontra in diverse specie di ameba e di altri protisti. Il termine tecnico per definire questa condizione e’ “plasmodio”. Il problema e’ che questi nuclei si dividono in modo anomalo, ad esempio non si e’ mai notato un fuso mitotico, quella struttura fatta di mucrotubuli che aiuta il nucleo a dividersi (presente in tutti gli altri eucarioti). Oltretutto il processo di divisione cellulare, chiamato mitosi, avviene in quattro fasi ben distinte che non sono mai state osservate in Pelomyxa, e i nuclei in un dato organismo sono sempre tutti simili. Come facciano quindi i nuclei a dividersi e’ un mistero, si postula una specie di “gemmazione”. Quando “The Blob”  vuole riprodursi, si limita a dividersi in tre-quattro pezzi distribuendosi i nuclei, cosi’ senza tanti complimenti. Non ci sono altri eucarioti con una simile caratteristica.

Il citoplasma e’ suddiviso in due parti, una esterna poco densa e una interna, vicino ai nuclei, densa e ricca di organelli.  In questa zona di citoplasma denso qualcosa salta subito all’occhio: mancano i mitocondri! Non ce ne sono, neanche uno, in tutta la cellula! Com’e’ possibile, alla luce di quanto detto sopra? C’e’ di piu’. Ci sono ben tre diversi batteri endosimbionti, di cui nessuno assomiglia, neanche da lontano, ad un mitocondrio. Ho letto una tesi di laurea scritta ad Oxford nel 1893 in cui gia’ ci si chiedeva che tipo di batteri fossero e se li si potesse isolare. Oggi, dopo piu’ di un secolo, solo uno e’ stato identificato con certezza. Si tratta di Methanobacterium formicicum, un archebatterio anaerobo Gram positivo che produce metano. Probabilmente anche un altro dei tre endosimbionti e’ un batterio metanogeno, gram negativo, mentre del terzo ancora non si sa nulla, si sa solo che e’ un bacillo piuttosto grosso.

Su questa base alcuni autori postulano che Pelomyxa sia un diretto discendente di quelle altre cellule eucariote, quelle che non fecero entrare i mitocondri, e che pertanto si sono arrangiate con l’endosimbiosi di altri batteri, quelli sbagliati, anaerobi. Postulano insomma che gli eucarioti siano polifiletici, comprendendo gli organismi primariamente con mitocondri e quelli che i mitocondri non li hanno mai avuti, e che percio’ sono rimasti come erano un miliardo di anni fa. Oggi per la verita’ questa teoria e’ un po’ in declino: molti autori infatti pensano che tutti gli eucarioti esistenti derivino da quell’unica proto-cellula che fece entrare i mitocondri, e che quei pochi organismi come Pelomyxa che mancano di mitocondri li abbiano persi secondariamente, non gli servivano visto che erano in ambiente quasi anaerobio. A riprova di cio’ ci sarebbe quel famoso gene Hsp presente in TUTTI i nuclei eucarioti. Non sono in grado di dirvi chi abbia ragione. So solo che, come Eucariote, Pelomyxa e’ veramente strana.

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Pelomyxa palustris. Foto da: eol.org

Tra le altre anomalie citologiche di Pelomyxa vi e’ la quasi totale mancanza di apparato del Golgi, ridotto a pochissimi dittiosomi, e anche il reticolo endoplasmatico se la passa male,  ristretto a una rete di tubuli intorno ai nuclei (nelle cellule eucarioti “normali” il reticolo endoplasmatico e’ esteso a quasi tutto il citoplasma, e il Golgi e’ fondamentale). I ribosomi sono pochi e questo fa pensare a un metabolismo molto ridotto, ma non spiega come faccia Pelomyxa a prosperare senza il Golgi. Sarebbe come un essere umano senza apparato circolatorio, per dire. Mancano anche i vacuoli contrattili, riserve di liquidi nelle altre cellule.

All’interno del citoplasma, oltre a cose utili come granuli di glicogeno (riserve di cibo)  grossi quanto i nuclei (10 micrometri), c’e’ anche un sacco di spazzatura, nel senso letterale del termine: granelli di sabbia, frustoli di diatomee, gusci di altre amebe (alcune amebe sono protette da un guscio), spore di conifere, particelle minerali etc. La Pelomyxa infatti e’ vegetariana, ma fondamentalmente ingloba tutto quello che trova e non e’ abbastanza veloce da scappare.

Nel citoplasma ci sono molti microtubuli ed esternamente degli strani flagelli immobili che non si sa bene a cosa servano, visto che non aiutano nel movimento. Forse vestigia del passato? Per quanto riguarda il movimento di questa creatura, bisogna premettere che e’ estremamente lento, per due buoni motivi: primo perche’ la mancanza degli organelli importanti immagino che non aiuti a sentirsi vivaci e pieni di energie, e secondo perche’ tanto vive sepolta da sedimenti, lontano da occhi indiscreti, e il suo cibo sono alghe che non scappano. Il movimento e’ definito, in termini tecnici, una progressione monopodiale. In altre parole, al contrario delle classiche amebe, quelle da manuale, che hanno tanti “pseudopodi” che si estendono un po’ ovunque, Pelomyxa ha un solo pseudopodio che si estende verso avanti, e il resto del corpo, sferico o cilindrico a seconda del momento, segue. Posteriormente c’e’ una struttura che si chiama “uroide” specializzata nella cernita e cattura del cibo.

Un paio di miliardi di anni in stasi morfologica hanno insegnato a Pelomyxa un paio di trucchi su come sopravvivere quando le condizioni ambientali diventano inospitali (meglio tardi che mai, direte voi). E’ possibile infatti trovare questa creatura anche in Siberia, in prossimita’ del circolo Polare, e quando fa freddo fa freddo per tutti.

Quando ha freddo e non c’e’ piu’ cibo, Pelomyxa palustris forma dunque delle cisti rivestite da una membrana protettiva. All’interno si trovano quattro nuclei omogenei, un vacuolo gigante centrale che occupa il 60% del volume ed e’ riempito dei procarioti simbionti e il citoplasma, privo di inclusioni. In primavera dalle cisti emergono cellule binucleate che crescono, riacquisiscono tutto il corredo di batteri simbionti e tornano ad essere multinucleate, ma con una forma allungata. In seguito diventano rotonde e formano delle rosette che si frammentano, dando origine a nuove Pelomyxe.

Sotto il genere Pelomyxa sono state individuate 25 specie al grido di “viva lo splitting”, ma e’ possibile che in molti casi si tratti di stadi diversi della stessa specie. Sicuramente Pelomyxa palustris e’ la specie piu’ caratteristica, ma si discute se sotto questo nome non si nascondano diverse specie che non riusciamo bene ad individuare. Secondo me prima di pensare alla specie sarebbe carino capire a che regno appartiene, giusto per sapere davanti a cosa ci troviamo, ma per questo temo che occorreranno il sequenziamento completo del DNA e molte, molte camomille ai tassonomi. Per ora dobbiamo accontentarci di sapere che le Pelomyxe sono tra noi e probabilmente ci resteranno anche dopo il declino di tutti gli altri eucarioti.

Published by tupaia on aprile 7th, 2009 tagged uncategorised, unicellulari


6 Responses to “Pelomyxa palustris, la madre di tutti i mal di testa”

  1. falecius Says:

    ma non potrebbero essere semplicemente il sister taxon degli altri eucarioti (che a quel punto avrebbero un nome tipo “mitochondriata” o qualcosa del genere). Comunque sulla camomilla ai tassonomi sono d’accordo.

  2. Networm Says:

    …hai la ricetta della mousse di melanzane?

  3. hronir Says:

    Fantastico!

  4. tupaia Says:

    Falecius: dipende se hanno mai avuto i mitocondri. Se non li hanno mai avuti si, sarebbero il sister taxon degli eucarioti, secondo me, ma poi bisogna vedere cosa ne pensano i tassonomi.

    Networm: io scherzavo, ma esiste davvero!
    http://www.cucinare.meglio.it/ricetta-mousse_di_melanzane.html

  5. tupaia Says:

    by the way, ho appena provato la ricetta della mousse di melanzane ed e’ ottima! non si finisce mai di imparare… :D

  6. Marco Ferrari Says:

    Ottimo e abbondante (non la mousse, la Pelomyxa). Nel taxon c’era anche il Chaos (non scherzo). Ora l’hanno spostato – per dire, hanno fatto ordine…

    Hai già parlato di quell’altro rebus del Trichoplax?
    Marco

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