Vivere senza flora intestinale? Molti bruchi ci sono riusciti!

Esistono dei bruchi speciali che non possiedono un microbioma intestinale che li aiuti a degradare l’alimento ingerito: questa è la curiosa scoperta di Tobin Hammer, docente di ecologia e biologia evoluzionistica all’Università del Colorado a Boulder, il quale recentemente ha reso fruibile la sua scoperta su bioRxiv, archivio online di preprint, cioè di articoli non ancora pubblicati che riguardano la biologia e tutte quelle discipline inerenti alla scienza della vita.

L’ecologo ha preso in esame le larve di 124 specie di lepidotteri appartenenti a 16 famiglie differenti, erbivori abbastanza predominanti in molti ecosistemi e dal ruolo rilevante in agricoltura, ed ha studiato la loro flora batterica sequenziando gli RNA ribosomiali, nello specifico il gene 16S, usato comunemente per riconoscere l’identità dei microrganismi. L’esito di questi esami ha messo in evidenza soprattutto la scarsità di microbi nell’intestino. Essendo questi bruchi degli erbivori, che hanno bisogno di un aiuto supplementare per digerire le fibre vegetali, Hammer si aspettava di osservare un microbioma eterogeneo e articolato oltre che una quantità maggiore di DNA batterico rispetto a quello dell’ospite, ma sorprendentemente in questo caso era il DNA dell’ospite ad essere predominante.

Inoltre, dopo aver analizzato la composizione microbiologia sia delle piante di cui si nutrono i bruchi sia delle loro feci, lo scienziato ha concluso che i pochi batteri ritrovati a livello enterico provenivano dalle foglie che i bruchi mangiavano e che subito dopo eliminavano tramite gli escrementi. “Quindi sono presenti i microbi ingeriti con il cibo (anche se probabilmente morti o dormienti) nell’intestino del bruco”, afferma Hammer, “ma i simbionti residenti ospite-specifici sono largamente assenti”.

I motivi per cui  i batteri non riescono a colonizzare il tratto enterico di questi piccoli esseri sono probabilmente da ricercare nelle caratteristiche della loro digestione: il pH alto, la semplice struttura intestinale, la velocità con cui transita l’alimento e i meccanismi di detossificazione.

In ogni caso, il nostro docente ha deciso di proseguire la ricerca studiando 72 larve di Manduca sexta (Fig.1), un lepidottero comune in nord America chiamato anche “sfinge del tabacco”. Somministrando alle larve quantità di antibiotici gradualmente crescenti è riuscito ad eliminare quei pochi batteri in transito nel tratto intestinale e il risultato è stato che i bruchi non hanno assolutamente risentito del trattamento: questi batteri non contribuiscono in alcun modo al nutrimento e allo sviluppo dei bruchi.

Fig.1; Larva di Manduca sexta

Anche altri scienziati hanno condotto ricerche su questa situazione e non è stata riscontrata solo nei bruchi, ma anche in alcuni insetti, come le formiche peruviane, e vertebrati, come le oche e i pipistrelli esaminati dallo stesso Hammer. Inoltre, dallo studio dell’entomologo Matan Shelomi risulta che gli insetti erbivori appartenenti all’ordine dei fasmidi non solo sono privi di microbioma intestinale, ma sono anche in grado di degradare la pectina, un polisaccaride che caratterizza la struttura della parete cellulare nei vegetali, usando dei geni che hanno “rubato” nel corso dell’evoluzione ai batteri in grado di farlo.

La ricerca di Hammer, insieme a quelle degli altri studiosi, non fa altro che confermare che l’assenza di simbionti sia molto più diffusa fra gli animali di quanto si pensi, e che possa rappresentare un reale vantaggio evolutivo.

Chiara Samperi

Fonti:

Tobin J Hammer et al., “Caterpillars lack a resident gut microbiome”, bioRxiv, doi.org/10.1101/132522, 2017

Erin Ross, “Il curioso caso dei bruchi senza microbioma”, Le Scienze, 2017

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