Ophiocordyceps unilateralis, l’apocalisse zombie delle formiche

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Tra i molti organismi dalle strane abitudini, i parassiti sono particolarmente interessanti: nella foresta pluviale esiste un fungo molto particolare, in grado di trasformare delle formiche in zombie, ovvero di prendere il controllo del loro cervello e spingerle contro la loro “volontà” ad agire per gli interessi del parassita.

Ophiocordyceps unilateralis è un fungo del phylum Ascomycota che parassita e manipola principalmente le formiche della specie Camponotus leonardi, ma non disdegna anche altre specie; si può individuare solo alla fine del ciclo vitale, quando il caratteristico stroma (elemento portante del corpo fruttifero detto ascocarpo) di colore scuro fuoriesce dalla base della testa della formica ospite.

Le caratteristiche particolari di O. unilateralis, sono la modalità d’infezione e il controllo esercitato sull’ospite per la ricerca di un sito adatto alla propria proliferazione.

Nel momento in cui le spore di questo fungo entrano in contatto con una formica di passaggio, penetrano negli spiracoli e rilasciano un enzima che ne attacca l’esoscheletro. Il micelio cresce quindi all’interno della formica, la quale dopo un paio di giorni, ormai controllata dal fungo (Fig1), lascia la colonia spostandosi in una zona dove temperatura ed umidità siano ideali per la crescita del parassita, tipicamente sotto ad una foglia, e si ancora ad essa serrando le mandibole. Tale contrazione è dovuta proprio all’azione del fungo, che atrofizza i muscoli e diminuisce il numero di mitocondri e la densità del reticolo sarcoplasmatico dell’insetto. La diminuzione dei mitocondri (le “centrali energetiche” della cellula) porta ad una diminuzione della produzione di energia utilizzabile dai muscoli delle mandibole, eliminandone così la capacità di contrazione e facendo in modo che le mandibole rimangano permanentemente chiuse.

Fig.1: Eventi dell'infezione di Ophiocordyceps unilateralis ai danni di Camponotus leonardi. Una formica morta da 48h, con crescita di ife (Hy) visibile dalla membrana intersegmentale e dalle antenne. L'inizio dello stroma (S) è evidente alla base della testa (AI). La crescita fungina è evidente (AII) e include un mix di cellule simili al lievito e ife, ma le strutture di supporto cuticolare interne (C) sono intatte (AIII). Dopo 9 giorni, un lungo stroma protrude dalla base della testa, e sia la formica che il punto d'ancoraggio vengono ricoperte con una matrice di ife (BI). Lo stroma è costituito da ife molto fitte, che continuano nella testa stessa (BII). Le fibre muscolari (M) sono ancora distinguibili in questo stadio, ma appaiono collassate (BIII). Lo stroma di O. unilateralis (CI) con il peritecio (P) qualche settimana dopo la morte dell'ospite. I tessuti fungini all'interno della testa della formica iniziano a staccarsi dalla cuticola (CII), ma la struttura muscolare è ancora in parte intatta e cellule simili al lievito sono posizionate tra le fibre rimanenti, apparentemente a supporto della struttura; la cuticola esterna è intatta (CIII). (Immagine tratta da “The life of a dead ant: the expression of an adaptative extended phenotype” Sandra Andersen et al., 2009.)
Fig.1: Eventi dell’infezione di Ophiocordyceps unilateralis ai danni di Camponotus leonardi. Una formica morta da 48h, con crescita di ife (Hy) visibile dalla membrana intersegmentale e dalle antenne. L’inizio dello stroma (S) è evidente alla base della testa (AI). La crescita fungina è evidente (AII) e include un mix di cellule simili al lievito e ife, ma le strutture di supporto cuticolare interne (C) sono intatte (AIII). Dopo 9 giorni, un lungo stroma protrude dalla base della testa, e sia la formica che il punto d’ancoraggio vengono ricoperte con una matrice di ife (BI). Lo stroma è costituito da ife molto fitte, che continuano nella testa stessa (BII). Le fibre muscolari (M) sono ancora distinguibili in questo stadio, ma appaiono collassate (BIII). Lo stroma di O. unilateralis (CI) con il peritecio (P) qualche settimana dopo la morte dell’ospite. I tessuti fungini all’interno della testa della formica iniziano a staccarsi dalla cuticola (CII), ma la struttura muscolare è ancora in parte intatta e cellule simili al lievito sono posizionate tra le fibre rimanenti, apparentemente a supporto della struttura; la cuticola esterna è intatta (CIII). (Immagine tratta da “The life of a dead ant: the expression of an adaptative extended phenotype” Sandra Andersen et al., 2009.)

A questo punto per la formica sopraggiunge la morte, mentre il fungo inizia a nutrirsi delle sue interiora, protetto dall’esoscheletro dell’ospite. In seguito le ife iniziano a crescere, fuoriuscendo da più parti: dalle zampe escono ife che ancorano ancora più saldamente la formica alla foglia, mentre dalla base della testa spunta il corpo principale, portatore del peritecio (che contiene strutture dette aschi contenenti a loro volta le spore). Ciò che rimane da fare al fungo è quindi rilasciare le spore, creando così una sorta di “killing zone” di circa 1 m2 dall’ospite morto: quando una formica passerà in questa zona, verrà a contatto con le spore del fungo e il ciclo ricomincerà.

Fig. 2: Dissezione longitudinale di una formica parassitata da Ophiocordyceps unilateralis (A–C) mostrato in arancione (O) attraversa l'intero insetto e una struttura nera nello stomaco (Bl) incorporata nel materiale arancione. Le ife bianche (W) coprono la struttura arancione e potrebbero facilitare il trasporto delle risorse allo stroma (A). P indica il peritecio sullo stroma. L'analisi del rapporto tra carbonio (C) e azoto (N) mostra che la parte arancione del fungo è ricca in carboidrati, mentre la parte nera potrebbe essere formata da ife densamente impaccate (D). (Immagine tratta da “The life of a dead ant: the expression of an adaptative extended phenotype” Sandra Andersen et al., 2009.)
Fig. 2: Dissezione longitudinale di una formica parassitata da Ophiocordyceps unilateralis (A–C) mostrato in arancione (O) attraversa l’intero insetto e una struttura nera nello stomaco (Bl) incorporata nel materiale arancione. Le ife bianche (W) coprono la struttura arancione e potrebbero facilitare il trasporto delle risorse allo stroma (A). P indica il peritecio sullo stroma. L’analisi del rapporto tra carbonio (C) e azoto (N) mostra che la parte arancione del fungo è ricca in carboidrati, mentre la parte nera potrebbe essere formata da ife densamente impaccate (D). (Immagine tratta da “The life of a dead ant: the expression of an adaptative extended phenotype” Sandra Andersen et al., 2009.)

Recentemente si è scoperto che O. unilateralis non è composto da una, ma da quattro specie, tutte scoperte nella foresta pluviale nel sud-est della regione di Minas Gerais in Brasile. Oltre a differenze morfologiche, vi sono differenze di attacco dell’ospite: alcuni O. unilateralis creano una sorte di spillo infettivo che spunta dal corpo dell’insetto e che infetta le formiche di passaggio, altri invece hanno sviluppato delle “spore esplosive” sugli insetti parassitati che “esplodono” e colpiscono gli insetti sani che si avvicinano al cadavere, infettandoli.

È risaputo che gran parte degli organismi macroscopici che abitano la foresta pluviale è ancora da scoprire e classificare, ma questo articolo vuole dare un’idea della straordinaria peculiarità degli abitanti microscopici di questo ricchissimo ecosistema, la maggior parte dei quali attende solo di essere scoperta.

Di seguito vi lascio un video che mostra l’attacco e la crescita di O. unilateralis ai danni di una formica:

Andrea Borsa

Fonti: 

Evans, Harry C., Simon L. Elliot, and David P. Hughes. “Ophiocordyceps unilateralis: A keystone species for unraveling ecosystem functioning and biodiversity of fungi in tropical forests?.” Communicative & integrative biology 4.5 (2011): 598-602.

1 Commento

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