Nel 2009, il biologo Dan Lahr ha ricevuto una e-mail intrigante da un altro ricercatore. Includeva una foto di uno strano organismo. Il ricercatore aveva scoperto il microbo in una pianura alluvionale nel Brasile centrale. Il suo guscio giallo-marrone aveva una caratteristica forma a triangolo.
La forma ricordava a Lahr il cappello del mago nei film de Il Signore degli Anelli. “Questo è il cappello di Gandalf”, ricorda di aver pensato.
Lahr è un biologo dell’Università di San Paolo in Brasile. Ha capito che la forma di vita unicellulare era una nuova specie di ameba (Uh-MEE-buh). Alcune amebe hanno un guscio, come questa. Possono costruire questi gusci con molecole che producono da sole, come le proteine. Altre possono usare pezzi di materiale dal loro ambiente, come minerali e piante. Altre amebe ancora sono “nude”, senza alcun guscio. Per saperne di più sull’ameba ritrovata, Lahr avrebbe bisogno di più esemplari.
Due anni dopo, un altro scienziato brasiliano gli ha inviato le foto della stessa specie da un fiume. Ma la bonanza è arrivata nel 2015. È quando un terzo scienziato gli ha inviato un’email. Questa ricercatrice, Jordana Féres, aveva raccolto alcune centinaia di amebe triangolari. Era abbastanza per lei e Lahr per iniziare uno studio dettagliato della specie.
Hanno esaminato i microbi al microscopio. L’ameba, hanno scoperto, ha costruito il suo guscio a forma di cappello da proteine e zuccheri che ha prodotto. La grande domanda è perché il microbo ha bisogno di quel guscio. Forse offre protezione dai dannosi raggi ultravioletti del sole. Lahr ha chiamato la specie Arcella gandalfi (Ahr-SELL-uh Gan-DAHL-fee).
Lahr sospetta che molte altre specie di amebe aspettino di essere scoperte. “La gente non sta cercando”, dice.
Gli scienziati sanno ancora poco sulle amebe. La maggior parte dei biologi studiano organismi più semplici o più complessi. I microbiologi, per esempio, spesso si concentrano su batteri e virus. Questi microbi hanno strutture più semplici e possono causare malattie. Gli zoologi preferiscono studiare animali più grandi e familiari, come i mammiferi e i rettili.
Le amebe sono state in gran parte “ignorate”, nota Richard Payne. È uno scienziato ambientale presso l’Università di York in Inghilterra. “Sono state a lungo prese nel mezzo”.
Ma quando gli scienziati scrutano questi strani organismi, trovano grandi sorprese. Il cibo delle amebe va dalle alghe al cervello. Alcune amebe portano batteri che le proteggono dai danni. Altre “coltivano” i batteri che amano mangiare. E altre ancora potrebbero avere un ruolo nel cambiamento del clima terrestre.
Anche se non si vedono, le amebe sono ovunque. Vivono nel suolo, negli stagni, nei laghi, nelle foreste e nei fiumi. Se raccogliete una manciata di terra nel bosco, probabilmente conterrà centinaia di migliaia di amebe.
Ma queste amebe potrebbero non essere tutte strettamente collegate tra loro. La parola “ameba” descrive una grande varietà di organismi unicellulari che hanno un certo aspetto e si comportano in un certo modo. Alcuni organismi sono amebe solo per una parte della loro vita. Possono passare avanti e indietro tra una forma di ameba e un’altra forma.
Come i batteri, le amebe hanno una sola cellula. Ma qui la somiglianza finisce. Per prima cosa, le amebe sono eucariotiche (Yoo-kair-ee-AH-tik). Ciò significa che il loro DNA è imballato all’interno di una struttura chiamata nucleo (NEW-klee-uhs). I batteri non hanno un nucleo. Per certi versi, le amebe sono più simili alle cellule umane che ai batteri.
Anche a differenza dei batteri, che mantengono la loro forma, le amebe senza guscio sembrano bolle. La loro struttura cambia molto, dice Lahr. Li chiama “mutaforma”.
La loro bolla può essere utile. Le amebe si muovono usando parti rigonfie chiamate pseudopodi (Soo-doh-POH-dee-uh). Il termine significa “piedi falsi”. Queste sono estensioni della membrana della cellula. Un’ameba può raggiungere e afferrare una superficie con uno pseudopodo, usandolo per strisciare in avanti.
Gli pseudopodi aiutano anche le amebe a mangiare. Uno pseudopodo allungato può inghiottire la preda di un’ameba. Questo permette a questo microbo di inghiottire batteri, cellule fungine, alghe – anche piccoli vermi.
Alcune amebe mangiano cellule umane, causando malattie. In generale, le amebe non causano tante malattie umane quanto i batteri e i virus. Tuttavia, alcune specie possono essere letali. Per esempio, una specie conosciuta come Entamoeba histolytica (Ehn-tuh-MEE-buh Hiss-toh-LIH-tih-kuh) può infettare l’intestino umano. Una volta lì, “ti mangiano letteralmente”, dice Lahr. La malattia che causano uccide decine di migliaia di persone ogni anno, soprattutto in aree che non hanno acqua pulita o sistemi fognari.
La malattia più bizzarra causata da un’ameba coinvolge la specie Naegleria fowleri (Nay-GLEER-ee-uh FOW-luh-ree). Il suo soprannome è “ameba mangia-cervelli”. Molto raramente, infetta le persone che nuotano in laghi o fiumi. Ma se entra nel naso, può viaggiare fino al cervello dove si nutre di cellule cerebrali. Questa infezione è solitamente mortale. La buona notizia: gli scienziati conoscono solo 34 residenti negli Stati Uniti che sono stati infettati tra il 2008 e il 2017.
Un piccolo apriscatole
Uno scienziato di nome Sebastian Hess ha recentemente scoperto i trucchi che alcune amebe usano per mangiare. Studia i microbi eucarioti in Canada alla Dalhousie University. Si trova a Halifax, in Nuova Scozia. Hess ha amato guardare le piccole creature attraverso un microscopio da quando era un bambino.
Dieci anni fa, Hess ha perforato il ghiaccio di uno stagno ghiacciato in Germania. Raccolse un campione d’acqua e lo portò nel suo laboratorio. Attraverso il microscopio, vide qualcosa di strano. Sfere verdi si muovevano come piccole bolle all’interno di filamenti di alghe verdi. Non aveva “nessuna idea” di cosa fossero le sfere. Così Hess ha mescolato le alghe contenenti le sfere verdi con altre alghe. Le sfere che si agitavano sono spuntate fuori dalle alghe e hanno iniziato a nuotare. Poco dopo, hanno invaso altri filamenti di alghe.
Hess si rese conto che le sfere verdi erano microbi chiamati ameboflagellati (Uh-MEE-buh-FLAH-juh-laytz). Ciò significa che possono passare tra due forme. In una forma, nuotano o scivolano usando strutture simili a code chiamate flagelli (Fluh-JEH-luh). Quando i nuotatori trovano il cibo, si trasformano in amebe. La loro forma diventa meno rigida. Invece di nuotare, ora iniziano a strisciare lungo qualche superficie.
Al microscopio, Hess ha visto una di queste amebe fare un buco in una cellula algale. L’ameba si è infilata dentro. Poi ha mangiato le interiora dell’alga. In seguito, l’ameba si divise e fece delle copie di se stessa. Queste erano le sfere verdi che si muovevano e che Hess aveva visto prima. Le nuove amebe fecero altri buchi nella cellula algale. Alcune invasero la cellula vicina nel filone algale. Altre fuggirono. Hess chiamò la specie Viridiraptor invadens (Vih-RIH-dih-rap-ter in-VAY-denz).
Ha trovato una specie simile in una palude. Anche un ameboflagellato, non strisciava dentro le alghe. Invece, ha aperto uno squarcio a forma di C in una cellula algale. Hess paragona questa ameba a “un apriscatole”. L’ameba ha poi sollevato il “coperchio” e ha usato il suo pseudopode per raggiungere il buco. Ha inghiottito il materiale che ha tirato fuori dalla cella. Hess chiamò questa specie Orciraptor agilis (OR-sih-rap-ter Uh-JIH-liss).
Più recentemente, ha scoperto indizi su come questi due ameboflagellati penetrano nelle alghe. Entrambi sembrano essere aiutati da una proteina chiamata actina (AK-tin). Le cellule umane usano la stessa proteina per muoversi.
Negli ameboflagellati, l’actina forma una rete. Aiuta la cellula a formare uno pseudopiede. La maglia potrebbe anche aiutare lo pseudopode ad attaccarsi alle alghe. L’actina può connettersi ad altre proteine nella membrana cellulare del microbo che potrebbero attaccarsi alle pareti delle cellule algali. L’actina può anche aiutare a guidare altre proteine – enzimi – che possono tagliare le pareti delle cellule algali.
I risultati degli studi di Hess e dei suoi colleghi suggeriscono che queste apparentemente semplici amebe possono essere molto più avanzate di quanto sembrino. Si potrebbe anche considerarle ingegneri unicellulari. “In termini di comportamento”, dice Hess, “sono solo organismi supercomplessi”.
Amici batterici
La relazione tra amebe e batteri è ancora più complicata.
Debra Brock è un biologo della Washington University di St. Studia un’ameba chiamata Dictyostelium discoideum (Dihk-tee-oh-STEE-lee-um Diss-COY-dee-um). Molti si riferiscono a loro semplicemente come Dicty. Questi organismi che vivono nel suolo si nutrono di batteri.
I Dicty di solito vivono da soli. Ma quando il cibo è scarso, decine di migliaia possono unirsi, raggruppandosi in una cupola. Di solito, la cupola si trasforma in una forma simile a una lumaca. Questa lumaca – in realtà migliaia di singole amebe che si muovono insieme – striscia verso la superficie del suolo.
Una volta arrivata, la lumaca forma un fungo. Le amebe in cima al “fungo” si circondano di un rivestimento duro. Questa forma rivestita è conosciuta come spora. Insetti, vermi o animali più grandi che sfiorano queste spore possono inconsapevolmente trasportarle in nuovi luoghi. Più tardi, le spore si apriranno, permettendo alle amebe all’interno del mantello di colpire in cerca di cibo in questo nuovo sito.
Alcuni Dicty portano con sé i batteri per il cibo. Portano i batteri dentro di sé senza digerirli. È “come un contenitore per il pranzo”, spiega Brock. Per fare questo, le amebe si fanno aiutare da un altro gruppo di batteri che non possono mangiare. Questi microbi aiutanti vivono anche nelle amebe. Gli aiutanti impediscono ai batteri alimentari di essere digeriti in modo che le amebe possano conservarli per dopo.
Gli scienziati chiamano le amebe portatrici di batteri “agricoltori”. I ricercatori sospettano che quando le amebe raggiungono una nuova casa, sputano i batteri alimentari nel terreno. Questi batteri poi si dividono per fare altri batteri. È come se le amebe trasportassero semi e li piantassero per far crescere altro cibo.
Di recente, i ricercatori hanno scoperto che l’ameba lumaca si protegge con cellule speciali mentre viaggia. Queste cellule sono anche amebe Dicty. Conosciute come cellule sentinella, raccolgono i batteri e le sostanze tossiche che potrebbero danneggiare le altre amebe. Una volta fatto questo, la lumaca lascia le sue sentinelle.
Brock si chiese cosa significasse questa scoperta per gli agricoltori Dicty. Gli agricoltori non avrebbero voluto che le cellule sentinella uccidessero il loro cibo batterico. Quindi gli agricoltori avevano meno cellule sentinella dei non agricoltori?
Per scoprirlo, il team di Brock ha lasciato che le lumache di ameba si formassero in laboratorio. Alcune lumache erano tutte contadine. Altre erano tutte non agricoltori. I ricercatori hanno colorato le cellule sentinella, poi hanno lasciato che le lumache si muovessero su un piatto da laboratorio. In seguito, i ricercatori hanno contato quante cellule sentinella erano state lasciate. Come previsto, le lumache contadine avevano meno cellule sentinella.
Gli scienziati si sono chiesti se questo mettesse gli agricoltori a maggior rischio di sostanze chimiche tossiche. Per verificarlo, Brock ha esposto agricoltori e non agricoltori a una sostanza chimica tossica. Gli agricoltori potevano ancora riprodursi. Infatti, se la cavarono meglio dei non agricoltori.
Brock ora pensa che alcuni dei batteri portati dagli agricoltori aiutarono a combattere le sostanze chimiche tossiche. Questi batteri potrebbero scomporre le sostanze chimiche. Così gli agricoltori hanno due armi contro le minacce tossiche: cellule sentinella e compagni batterici.
Un legame con il cambiamento climatico?
Hess e Brock studiano le amebe nude. Payne è incuriosito da quelle con il guscio. Chiamate amebe testate (TESS-tayt), questi microbi astuti possono creare molti tipi di gusci. Questi rivestimenti possono assomigliare a dischi, ciotole e persino vasi. Alcuni sono “fantasticamente belli”, dice Payne.
Molte amebe testate vivono in habitat chiamati torbiere. Questi siti sono di solito fradici e acidi. Ma durante le estati, la torba può asciugarsi. Payne pensa che le conchiglie potrebbero proteggere le amebe di una torbiera durante queste siccità.
Non solo curiosità, queste amebe che abitano la torba possono svolgere un ruolo importante nell’ambiente, dice Payne. Le piante parzialmente decomposte si accumulano nelle torbiere. I batteri mangiano queste piante, rilasciando gas di anidride carbonica. Nell’atmosfera, questo gas serra può favorire il riscaldamento globale. Le amebe di torbiera mangiano questi batteri. Quindi, in questo modo, le amebe di una torbiera possono influenzare il ruolo delle torbiere nel riscaldamento globale.
Payne e i suoi colleghi hanno studiato una torbiera in Cina, dove era scoppiato un incendio. Gli incendi selvaggi possono diventare più frequenti con il riscaldamento del clima. Così gli scienziati hanno voluto sapere come il fuoco ha influenzato le amebe testate della torbiera.
I colleghi cinesi di Payne hanno preso campioni da parti bruciate e non bruciate della torbiera. Poi il team ha analizzato le differenze tra due tipi di amebe testate. Uno costruisce il suo guscio con detriti, come granelli di sabbia e pezzi di piante. L’altro tipo costruisce un guscio vetroso usando un minerale chiamato silice.
Nelle macchie non bruciate, gli scienziati hanno trovato un numero simile di entrambi i tipi di amebe. Ma le macchie bruciate contenevano molte più amebe con gusci fatti di sabbia e detriti. I risultati suggeriscono che il fuoco ha distrutto più amebe con gusci di silice.
Payne non sa ancora cosa significa questo per il cambiamento climatico. Non è chiaro se lo spostamento delle amebe farà sì che le torbiere rilascino più o meno carbonio. Il processo è “enormemente complicato”, dice.
Molti altri dettagli sulle amebe rimangono sconosciuti. Quante specie esistono? Perché alcune hanno il guscio? In che modo le amebe influenzano il numero di altri microbi in alcune parti dell’ambiente? Come influenzano l’ecosistema intorno a loro, come le piante?
Gli scienziati hanno abbastanza domande sulle amebe da occupare se stessi per molto tempo. Questo è in parte il motivo per cui ricercatori come Payne trovano questi organismi così intriganti. In più, dice, “sono semplicemente fantastici”.
