I batteri ci vedono

Le colonie di cianobatteri Synechocystis vedono come se fossero piccoli bulbi oculari

[9 febbraio 2016]

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Dopo oltre  300 anni di ricerca, un team anglo-tedesco-portoghese guidato dagli scienziati della  Queen Mary University di Londra ha capto  come i batteri  riescono “vedere” il loro mondo e dicono che «Lo fanno in un modo molto simile a noi».

Lo studio “Cyanobacteria use micro-optics to sense light direction”, pubblicato su  eLife,  spiega che «Le cellule batteriche agiscono come l’equivalente di un bulbo oculare microscopico o come l’occhio della fotocamera più antica e più piccola del mondo». Il principale autore dello studio, Conrad Mullineaux, che insegna microbiologia alla School of Biological and Chemical Sciences della Queen Mary, sottolinea che «L’idea che i batteri possono vedere il loro mondo fondamentalmente nello stesso modo in cui lo facciamo noi è molto eccitante»

I cianobatteri sono abbondanti nei corpi idrici e a possono formare una pellicola verde scivolosa sulle rocce e sui sassi.  Le specie utilizzate nello studio, i Synechocystis, in natura si trovano nei laghi di acqua dolce e nei fiumi. I cianobatteri si sono evoluti circa 2,7 miliardi di anni fa e, per il fatto che siano in grado di produrre ossigeno e fissare l’anidride carbonica utilizzando l’energia del sole con la fotosintesi, si pensa che potrebbero essre stati addirittura  causa di estinzioni di massa e dell’era glaciale più antica conosciuta. Dato che la fotosintesi è essenziale per la sopravvivenza di questi batteri, gli scienziati hanno cercato di capire come percepiscono la luce.

Studi precedenti avevano dimostrato che contengono fotosensori e che sono in grado di percepire la posizione di una sorgente luminosa, un fenomeno chiamato fototassi, il processo attraverso il quale gli organismi semplici si muovono verso la luce oppure se ne allontanano. Il nuovo studio rivela che i Synechocystis  sono in grado di farlo perché il corpo cellulare agisce come una lente : «Quando la luce colpisce la superficie sferica – spiegano ancora alla Queen Mary University – si rifrange in un punto sull’altro lato della cella». Ciò provoca il movimento dalla cella verso il punto focalizzato e, in pochi minuti, i batteri sviluppano piccole strutture tentacolari, dette pili, che si dirigono verso la fonte di luce, mentre si attaccano alla superficie e si tirano dietro l’intera colonia di batteri.

Mullineaux evidenzia ce «Il fatto che i batteri rispondano alla luce è una delle più antiche osservazioni scientifiche sul loro comportamento. La nostra osservazione che i batteri sono oggetti ottico è abbastanza ovvia, con il senno di poi, ma non ci abbiamo mai pensato fino a quando non lo abbiamo visto. E nessun altro lo aveva notato prima, nonostante il fatto che negli ultimi 340 anni gli scienziati abbiano guardato i batteri sotto i microscopi».

Synechocystis è come una lente sferica, ma il team di ricerca europeo  pensa che anche i batteri a forma di bastoncello possano intrappolare la luce e percepire la direzione dalla quale proviene e quindi utilizzare rifrazione, agendo come una fibra ottica. «I risultati sono molto probabilmente un esempio di evoluzione convergente tra i batteri e organismi multi-cellulari più complessi, compresi gli animali e gli esseri umani», dicono alla Queen Mary.

Pur essendo solo tre micrometri (0.003mm) di diametro, i batteri esaminati nello studio utilizzano gli stessi principi fisici di una telecamera o dell’occhio di un essere umano. Una delle coautrici dello studio, la tedesca Annegret Wilde dell’università di Friburgo, spiega a sua vlta che «I principi fisici per la rilevazione della luce da parte dei batteri e la visione molto più complessa negli animali sono simili, ma le strutture biologiche sono diverse.  Una cellula di Synechocystis è circa mezzo miliardo di volte più piccola dell’occhio umano. Come nella retina dell’occhio umano, l’immagine sul retro della cellula sarà capovolta. Ma la sua risoluzione sarà molto più bassa, in modo che può essere percepita solo una sagoma sfocata di qualsiasi oggetto».

La capacità degli oggetti ottici distinguere piccoli dettagli è determinata dalla “risoluzione angolare”, nell’occhio umano è di ben 0,02 gradi, secondo il team nella Synechocystis è di circa 21 gradi, ma è sufficiente per molecole fotorecettrici , presenti nella membrana cellulare, per guidare il movimento del Synechocystis.

Alcuni organismi unicellulari più grandi sono già noti da usare “ciuffi” di fotorecettori chiamati ocelli, insieme ad altri componenti cellulari, per determinare la direzione della luce. Ma la capacità di  Synechocystis è senza dubbio più notevole, perché è un organismo incredibilmente piccolo e e semplice. Gaspar Jekely, uno di leader del team del ax-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie di Tübingen, uno di massimi esperti di “fototassi”, che non ha partecipato allo tudio,  ha detto a BBC News: «Questo è un meccanismo che mancava. Non lo sapevamo ed è una dimostrazione molto elegante  e sorprendente. I cianobatteri hanno  2,7 miliardi di anni, quindi sono molto più vecchi di qualsiasi animale con gli occhi. Presumibilmente, questo meccanismo esiste da molto tempo».