Il verme senza occhi che “vede” il blu

Ecco come fanno i nematodi Caenorhabditis elegans a tenersi alla larga dai batteri tossici blu

[9 Marzo 2021]

Ai vermi non piace il blu, soprattutto quello dei batteri tossici colorati di blu molto comuni nell’ambiente in cui vivono.  Ma come fa un verme privo di occhi, fotorecettori o geni opsina che aiutano gli animali a percepire il colore, ma che si nutre di batteri, a evitare il batterio tossico blu Pseudomonas aeruginosa?

La risposta arriva dallo studio “C. elegans discriminates colors to guide foraging”, pubblicato su Science da un team di reicercatori statuitensi guidato da D. Dipon Ghosh della Yale University e del Massachusetts Institute of Technology (MIT). I risultati si basano su ricerche precedenti secondo le quali i nematodi Caenorhabditis elegans  evita la luce ultravioletta e altri risultati che dimostrano che possono percepire l’odore, il gusto, il tatto e la temperatura.

Fino a poco tempo, Michael Nitabach, professore di fisiologia cellulare e molecolare, di genetica e di neuroscienze della Yale university, pensava che i vermi riconoscessero i particolari odori chimici chemiosensoriali emessi da questo batterio. Invece, Ghosh, un ex studente laureato nel laboratorio di Nitabach, si chiedeva se i vermi potessero anche avere la capacità di percepire in qualche modo i colori. Infatti, aveva notato che i nematodi ciechi Caenorhabditis elegans  evitano i batteri che producono una tossina blu, e si è chiesto se tenessero in considerazione il colore.  Nitabach ammette: «Gli ho detto che era ridicolo. Quando mi ha mostrato i risultati dei primi esperimenti, sono rimasto scioccato». Poi è infatti venuto fuori che Ghosh aveva ragione.  E ora, su Science, Nitabach e Ghosh spiegano insieme come i vermi riescano a rilevare il colore blu per non avendo nessun sistema visivo di base.

Alla Yale university sottolineano che «Questa scoperta amplia le nostre idee attuali sulla possibile gamma di sensibilità che cellule e organismi, anche quelli privi delle proteine ​​necessarie per la vista, potrebbero dover  avere per fare luce nel loro ambiente».

Ghosh  ha spiegato in un’intervista a Inverse che «Volevamo capire quale componente del pigmento blu della tossina piocianina – il suo colore o la sua tossicità – stava informando i vermi per  l’evitamento. Potremmo riprodurre gli effetti della piocianina sull’eliminazione dei batteri sia con un colorante blu innocuo che con una tossina chiara e incolore, ma non separatamente».

I ricercatori hanno confrontato le reazioni di C. elegans di fronte a batteri blu tossici, batteri beige tossici e batteri blu sicuri e hanno scoperto che la combinazione di colore blu e tossicità ha il maggiore impatto sulla decisione dei vermi di allontanarsi. In un altro esperimento, gli scienziati hanno messo il C. elegans in una piastra con batteri tossici blu e poi hanno spento le luci. Senza luci, i vermi non sfuggivano ai batteri così rapidamente come con le luci accese.

In ulteriori test sulle sorprendenti capacità di rilevamento del colore da parte dei nematodi, Ghosh ha creato un apparato che brillava di luce blu e ambra su entrambi i lati di una piastra di Petri  contenente nematodi e la versione incolore dei batteri tossici. Sotto la luce ambrata, i nematodi hanno d faticato a scoprire i batteri pericolosi; sotto la luce blu, se ne tenevano alla larga. Gosh aggiunge: «Siamo stati in grado di dimostrare in modo definitivo che i vermi non percepiscono il mondo in scala di grigi e valutano semplicemente i livelli di luminosità e oscurità. In realtà stanno confrontando i rapporti delle lunghezze d’onda e utilizzano tali informazioni per prendere decisioni, il che è stato  del tutto inaspettato».

Gli scienziati hanno così scoperto che «Mentre alcuni membri della famiglia richiedono sia una sostanza chimica che segnali dei batteri tossici, sia un colore specifico per decidere di evitare il batterio, altri evitano i batteri basandosi solo sul colore. In entrambi i casi, la decisione del verme di evitare i batteri è stata guidata dal colore della luce nel suo ambiente».

Quando i ricercatori hanno ampliato il loro pool di vermi per includere versioni selvatiche e variabili, si sono resi conto che in realtà il ceppo da laboratorio standard di C. elegans non è molto bravo a rilevare il blu. Il sequenziamento del DNA ha mostrato che i C. elegans sensibili al blu hanno due mutazioni genetiche associate alla capacità di misurare il colore ed evidenzia che «Nei mammiferi, questi stessi geni aiutano a regolare la risposta allo stress e possono essere attivati ​​dall’esposizione alla luce ultravioletta». Studi futuri potrebbero svelare cosa fanno esattamente quelle mutazioni per aiutare i vermi a rispondere alla luce blu.

Intanto Gosh sottolinea: «Abbiamo scoperto che il colore della luce nell’ambiente del verme può influenzare il modo in cui il verme si sposta nel mondo. Ma il nostro lavoro suggerisce che molti geni, oltre ai due che abbiamo già identificato, possono influenzare la sensibilità al colore, e ora stiamo esplorando come».

Nitabach  fa notare che «Quello che sta facendo il worm è qualcosa di molto intelligente. Stanno cercando di generare un’immagine più accurata della realtà esterna impiegando più sensi contemporaneamente».

I ricercatori ipotizzano che questa capacità aiuti il ​​verme ad alimentarsi in maniera sana: «Ad esempio, per i vermi che sono stati esposti a batteri tossici che secernono pigmenti blu, evitare il blu potrebbe essere davvero una buona idea».

Un altro autore dello studio, H. ​​Robert Horvitz del MIT e del McGovern Institute for Brain Research e del Koch Institute for Integrative Cancer Research, Howard Hughes Medical Institute, conclude: «Per me è sorprendente che un minuscolo verme – senza occhi né l’attrezzatura molecolare utilizzata dagli occhi per rilevare i colori – possa identificare ed evitare un batterio tossico basandosi, in parte, sul suo colore blu. Per un biologo è l’opportunità di scoprire cose sulla natura che nessuno ha mai immaginato prima».