Parassiti e controllo mentale: il caso delle formiche zombie

Il fungo Ophiocordiceps unilateralis è noto anche come “fungo delle formiche zombie”. E’ un parassita di una specie di formica del genere Camponotus e si riproduce manipolando il comportamento del suo ospite. Le sue spore cadono sul dorso di una formica, penetrano nel suo corpo e a poco a poco iniziano a colonizzarlo e a nutrirsi dei suoi tessuti molli, fino a secernere sostanze chimiche che raggiungono direttamente il cervello. La formica smette dunque di eseguire i suoi normali compiti e si trasforma in uno “zombie” al servizio del parassita: costretta dapprima ad ancorarsi con le mandibole alla foglia più vicina, luogo ideale per la crescita del fungo, viene dunque uccisa e divorata. Un lungo gambo, ossia il corpo fruttifero del fungo da cui vengono rilasciate le spore, erompe quindi dal retro della testa della formica, come potete vedere nel seguente video.

Se questo vi sembra inquietante o fantascientifico, sappiate che il “controllo mentale” è in realtà una strategia comune a numerosi parassiti. Un altro esempio è quello del Leucochloridum paradoxum, un verme piatto che costringe il suo ospite intermedio, una lumaca, a gonfiare ed agitare le antenne così da risultare più visibile agli uccelli e permettergli di infestare un organismo più grande. Qui potete trovare altri incredibili esempi.

I meccanismi non sono ancora chiari, ma probabilmente quello che in termini tecnici viene chiamato “controllo mentale parassitico” è il risultato della produzione, da parte del parassita, di sostanze chimiche che mimano i neurotrasmettitori e ormoni dell’ospite, il quale li riconosce come propri e ne esegue dunque i “comandi”, spesso puramente autolesionisti. Millenni di co-evoluzione sono serviti perché questi parassiti imparassero a piegare i loro sfortunati ospiti ai propri fini: quanto tempo servirà agli scienziati per comprendere i loro segreti?

Erika Salvatori

Qui Per maggiori informazioni sul fungo Ophiocordiceps unilateralis.

Dagli uccelli ai pipistrelli: nuovi modelli animali per la genetica del linguaggio

di Simone Gastaldon

Il linguaggio umano è ancora ad oggi uno degli aspetti della cognizione più complessi da studiare e comprendere. Quali sono le basi biologiche che permettono a un bambino di acquisire almeno una lingua solo venendone esposto? Quand’è emersa questa capacità nella specie umana? Quali geni e processi molecolari sono coinvolti? Com’è implementata a livello neurale la competenza di una lingua? Queste sono alcune delle domande che linguisti, psicologi, biologi, paleoantropologi e neuroscienziati si pongono da almeno mezzo secolo [1].

Nella seconda metà degli anni ’90 in alcuni componenti di una famiglia britannica, la cosiddetta “famiglia KE”, è stata identificata una rara mutazione genetica ereditaria, successivamente localizzata nel gene FOXP2, il quale gioca un ruolo importante nello sviluppo cerebrale regolando l’attività di altri geni; tale mutazione causava disturbi sia nella produzione che nella comprensione del linguaggio [2]. Nonostante all’epoca il giornalismo non specialistico abbia salutato lo studio come la “scoperta del gene per il linguaggio”, ad oggi è chiaro che un tratto così complesso non può essere determinato da un solo gene, ma che esso emerga dall’interazione di una rete estesa e molto intricata.

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Fermare l’invecchiamento: i telomeri come orologi molecolari

Cosa determina l’invecchiamento di un organismo? Attraverso quali meccanismi si instaura? Una volta compresi questi ultimi, è possibile arrestarne l’avanzamento? Da tempo immemore l’uomo si pone simili interrogativi, numerosi quanto i tentativi di approdare ad una soluzione. Magia, alchimia e religione sono solo alcuni dei mezzi impiegati nel corso dei millenni per tentare di penetrare i segreti di concetti quali eterna giovinezza e immortalità. Sedotti dal miraggio di una vita illimitata e dall’ambizione di soggiogare il tempo al proprio volere, i nostri antenati hanno cercato, con gli strumenti a loro disposizione, di pervenire a risposte rivelatesi poi fallimentari. Questi antichi desideri sono però ben vivi anche nell’uomo contemporaneo, il quale possiede mezzi enormemente più efficaci per tentare di esaudirli: la scienza e le attuali tecnologie.

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La peste tra di noi

L’analisi dei resti ossei delle vittime di un’epidemia avvenuta a Marsiglia nel 1722 ha rivelato che il ceppo responsabile di questa epidemia era strettamente imparentato con quelli che hanno prodotto la morte nera del 14o secolo. Il batterio è quindi sopravvissuto in Europa nascosto in un serbatoio umano o animale non ancora identificato.

Danse_macabre_by_Michael_Wolgemut

Ring a-ring o’ roses,
A pocketful of posies.
a-tishoo!, a-tishoo!
We all fall down

Una collana di rose (bubboni ai linfonodi)
Una borsa di spezie (ritenute utili a tenere lontano le infezioni)
a-tishoo!, a-tishoo! (equivalente onomatopeico inglese dell’taliano Etchiu-Etciu )
Tutti cadiamo giù

Versione inglese del nostro girogirotondo

Pochi eventi nella storia umana hanno lasciato un ricordo indelebile e pauroso come la morte nera che ha falcidiato la popolazione europea nel corso del 14o secolo. A più riprese questa malattia è ricomparsa nel corso della storia da qualche parte del mondo, per poi sparire quasi del tutto, almeno fino alla volta successiva. Anche se la disponibilità di antibiotici ha reso la peste un brutto ricordo nei paesi più ricchi, nuovi casi di contagio continuano a comparire al giorno d’oggi in varie dei paesi più poveri del pianeta.

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Fecondazione assistita: il successo degli embrioni “malati”

Il desiderio di avere figli spinge molte coppie con problemi di fertilità a ricorrere a tecniche artificiali come la fecondazione assistita. Sebbene in Italia tale tecnica sia ancora oggetto di forte discussione, la ricerca continua a fare passi avanti per garantire il successo dell’impianto embrionale. Prima dell’impianto nell’utero materno vengono analizzati gli embrioni e selezionati quelli utilizzabili, in modo da distinguere i sani dai malati. Tuttavia, una recente scoperta ha dimostrato che non tutti gli embrioni malati devono essere scartati, alcuni possono essere utilizzati aumentando le probabilità di riuscita della fecondazione artificiale.

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Guerra e pace nel pancione

Le cellule fetali che dalla placenta vanno a insediarsi nel corpo della madre contribuiscono spesso alla sua salute, salvo nei rari casi in cui gli interessi genetici di madre e figlio non coincidono.

Microchimerism

La placenta umana , fra i mammiferi, è una fra quelle più invasive: i villi coriali, i prolungamenti simili a dita che della placenta scavano nella parete dell’utero per fornire nutrimento al feto, nella specie umana entrano in contatto direttamente col sangue della madre. Una delle conseguenze di questa condizione è che cellule provenienti dal bambino in crescita si distaccano e entrano in circolo nel sangue materno. Questa condizione è già stata sfruttata a livello medico per mettere a punto test genetici meno invasivi delle tradizionali amniocentesi e villocentesi, che richiedono solo un prelievo di sangue alla madre (che per il momento in Italia sono disponibili solo in strutture mediche private).

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L’origine delle forme di vita pluricellulari

Cosa ha permesso al livello evolutivo, la comparsa di organismi pluricellulari? Questa domanda, rimasta per lungo tempo insoluta, potrebbe aver finalmente trovato una risposta. Un recente studio ha infatti svelato l’origine di uno degli eventi essenziali per l’esistenza della pluricellularità: il corretto orientamento del fuso mitotico. Cerchiamo di capire di cosa si tratta.

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L’insostenibile pesantezza del sesso

Un esperimento su una particolare specie di molluschi ha dimostrato che l’impossibilità di riprodursi, dovuta alla presenza di esemplari triploidi, accelera il percorso di sviluppo e maturazione degli individui che ne sono affetti; probabilmente destinando alla crescita le energie normalmente destinate alle funzioni sessuali.

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Esemplare di Potamopyrgus antipodarum

A cosa serve il sesso? Anche senza dati sperimentali approfonditi ci si può rendere conto di quanto la ricerca di un partner, la produzione di gameti e anche il solo atto dell’accoppiamento siano onerosi in termini di tempo e di energia; al punto che l’evoluzione ha dovuto produrre dei fortissimi meccanismi di gratificazione associati a questo metodo riproduttivo perché le specie che lo praticano lo mettessero in atto.
Una delle specie più utilizzate per lo studio in questo campo è il piccolo mollusco infestante d’acqua dolce Potamopyrgus antipodarum o lumaca del fango neozelandese, la ragione è dovuta al fatto che la popolazione di questo piccolo invertebrato è costituita in parte da normali Soggetti diploidi (dotati cioè di due copie per ogni loro cromosoma), che si riproducono con un normale processo sessuale, e da una piccola percentuale di individui triploidi (dotati di tre copie per ogni cromosoma).
Gli animali di questa specie con tre serie di cromosomi, diversamente da quanto accade per altri, non presentano macroscopiche anomalie; i maschi affetti da questa condizione sono sterili, ma la femmine sono in grado di riprodursi, senza bisogno di sesso, in un processo chiamato partenogenesi.

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Una pianta “nervosa” e brava a contare

La pianta carnivora venere acchiappamosche controlla la sua trappola per gli insetti con impulsi elettrici simili a quelli dei nervi degli animali; ed è anche capace di regolare la produzione di enzimi digestivi in base alla dimensione della preda, calcolandola in base al numero di stimoli prodotti sui suoi sensibili peli sensoriali.

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Alcune piante hanno trovato il modo di crescere anche su terreni poveri di nutrienti, si limitano ad attirare piccoli animali che poi uccidono e digeriscono per compensare la mancanza. Sono le piante carnivore e in milioni di anni hanno evoluto strategie davvero sorprendenti per catturare le loro prede: soprattutto insetti. Tra di esse una delle più notevoli è la venere acchiappamosche (Dionaea muscipula): la piantina con due grosse foglie di forma lobulare attaccate su un lato, che possono chiudersi per imprigionare gli insetti che si posano su di essa, diventatando per certi versi, nell’immaginario, la carnivora per antonomasia. Pochi conoscono però i particolari adattamenti che ne fanno un caso eccezionale nel mondo vegetale. Con poche altre eccezioni, l’acchiappamosche è una delle poche a manifestare movimenti visibili. Ma ancora più eccezionali sono i meccanismi che innescano questi movimenti, finemente regolati da dei peli sensoriali presenti sulla superficie esposta della trappola. Le cellule della Dionaea sono eccitabili dal punto di vista elettrico, in modo simile a quanto avviene nei nervi degli animali; anche se lo ione che media questi impulsi elettrici è il calcio invece del sodio. Ma un semplice impulso elettrico, generato da un pelo sensoriale, non è sufficiente a far scattare la trappola: una singola stimolazione può essere causata dal vento o da un granello di polvere e non è il caso di mettere in moto, in modo inappropriato, un meccanismo che comporta un grande costo energetico. Per questo motivo le cellule delle foglie mostrano una specie di memoria, solo se un secondo impulso si propaga da un secondo pelo, entro 15-20 secondi dal primo impulso, l’acchiappamosche si chiude sulla preda.

Con una recente ricerca, pubblicata sulla rivista Current Biology, Jennifer Bohm dell’istituto per la fisiologia molecolare e la biofisica delle piante di Wurzburg (Germania), e un gruppo di colleghi sparsi tra centri universitari tedeschi, australiani, spagnoli e sauditi, hanno dimostrato che la situazione è ancora più complessa: Anche se due stimoli elettrici sono sufficienti a far scattare la chiusura delle foglie, l’invertebrato catturato continua ad agitarsi, e a stimolare i peli sensoriali, prima di morire ed essere digerito; l‘acchiappamosche dispone quindi di una sorta di sensore che le permette di valutare le dimensioni della sua cattura. Dal momento che la digestione del piccolo animale deve proseguire con la chiusura ermetica dello spazio fra le due foglie e la secrezione di enzimi digestivi per varie ore dopo lo scattare della trappola, e dal momento che queste operazioni richiedono una spesa di energia, dovrebbe essere vantaggioso limitarsi a fare il minimo indispensabile per digerire la preda.

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I ricercatori hanno dimostrato che la trascrizione degli RNA messaggeri per gli enzimi digestivi richiede più di due stimolazioni elettriche per iniziare e che la quantità di trascritto è direttamente proporzionale al numero di stimolazioni. La trascrizione è a sua volta mediata dal rilascio di un ormone vegetale, chiamato acido jasmonico, rilasciato dalle cellule delle foglie della Dionaea, ma solo dopo ripetute stimolazioni. Trattando la pianta con un inibitore la produzione di enzimi non inizia, indipendentemente da quanto i peli sensoriali siano stimolati.

Uno delle sostanze di cui il suolo su cui cresce la venere è carente è il sodio. L’acchiappamosche ha quindi una fisiologia digestiva ottimizzata per estrarre la maggior quantità possibile di questo elemento dalle sue prede. I tessuti della foglia a diretto contatto con l’insetto iniziano a produrre in seguito allo stimolo elettrico, e al conseguente rilascio dell’ormone, un canale di membrana selettivo per il sodio. Il potenziale di membrana delle cellule assorbenti diventa estremamente sensibile al sodio esterno, ma solo dopo averle trattate con acido jasmonico; le altre cellule invece non mostrano questo comportamento. Quindi, oltre alla digestione è regolato attentamente anche l’assorbimento dei nutrienti che vengono immagazzinati nelle cellule della trappola a scopo di riserva, anche oltre le necessità immediate.

Oltre che una specie di sistema nervoso, la venere acchiappamosche è capace di utilizzarlo anche per una sorta di primitivo ragionamento. Un bel risultato per un essere vivente ritenuto per definizione passivo, come un vegetale.

BIBLIOGRAFIA

Bohm et al.,

The Venus Flytrap Dionaea muscipula Counts Prey-Induced Action Potentials to Induce Sodium Uptake,

Current Biology (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.11.057

Le onde della mente

Una recente ricerca ha dimostrato per la prima volta la possibilità per i neuroni di influenzarsi a distanza per mezzo del loro debole campo elettrico. Questa modalità di trasmissione può avvenire sia in maniera fisiologica, nella propagazione delle onde teta della fase REM, che in condizione patologica nella diffusione di crisi epilettiche.

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