Dunaliella salina, la microalga che dipinge i laghi di rosa

I microrganismi sono invisibili a occhio nudo e i loro effetti sull’ambiente, spesso, si manifestano soltanto allo sguardo attento di uno specialista. Qualche volta però accade che un determinato microrganismo modifichi l’habitat in cui vive in modo talmente marcato da risultare evidente a chiunque, arrivando a modellare paesaggi dall’aspetto quasi irreale; è il caso della microalga Dunaliella salina, che abita le acque salmastre di alcuni specchi d’acqua salati donandogli uno strabiliante colore rosa intenso (Fig. 1), creando luoghi talmente pieni d’incanto da sembrare usciti da un racconto di fantasia.

Le acque tinte di rosa dall'alga in una salina in Francia
Figura 1 – Le acque tinte di rosa dall’alga in una salina in Francia [Fonte: https://121clicks.com/inspirations/dunaliella-salina-camargue-france-paolo-pettigiani]

Caratteristiche

Dunaliella salina (Fig. 2) è una microalga alofila unicellulare che prolifera in ambienti altamente salini, dove pochi altri organismi sarebbero in grado di sopravvivere. Descritta per la prima volta dal botanico rumeno Emanoil Constantin Teodoresco nel 1905 e denominata D. salina in onore di Michel Felix Dunal, botanico che per primo la identificò in delle saline francesi nel 1838. Questa microalga (Fig. 3) presenta una cellula di forma ovoidale, ellissoidale o cilindrica ed è dotata di due flagelli di uguale lunghezza (circa il doppio della cellula) che gli permettono di spostarsi tramite movimenti bruschi. L’unico cloroplasto presente occupa la maggior parte del citoplasma ed è dotato di un pirenoide centrale che serve a fissare l’anidride carbonica. La parete cellulare è assente, con il rivestimento esterno che si presenta spesso e costituito, in maggior misura, da glicoproteine.

Cellule di Dunaliella salina osservate al microscopio ottico
Figura 2 – Cellule di D. salina osservate al microscopio ottico. [Fonte: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1224875/]

Le dimensioni variano considerevolmente in base alle condizioni ambientali in cui si trova (soprattutto l’intensità della luce) ma in genere può raggiungere anche i 24 μm, facendone una delle specie più grandi del genere. La sua capacità di sopravvivere in condizioni estreme deriva dalla produzione di β-carotene, pigmento che tramite la sua attività antiossidante protegge l’organismo dalla radiazione solare, e di glicerolo, che agisce contro la pressione osmotica causata dall’ipersalinità, compensando la mancanza di una parete cellulare. Il glicerolo viene trattenuto nella cellula a causa della scarsa permeabilità a questa sostanza da parte della membrana cellulare, che va a contrastare il gradiente di concentrazione.

Struttura di Dunaliella salina
Figura 3 – Struttura di Dunaliella salina [Fonte: https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Dunaliella_salina]

Filogenesi

DominioEukaryota
RegnoPlantae
PhylumChlorophyta
ClasseChlorophyceae
OrdineVolvocales
FamigliaDunaliellaceae
GenereDunaliella
SpecieDunaliella salina
Inquadramento tassonomico

Genoma e metabolismo

Il genoma plastidico di D. salina è organizzato in una struttura circolare di grandi dimensioni, con 102 geni che rappresentano circa il 40% del patrimonio genetico, mentre il restante 60% è composto da DNA non codificante. D. salina può riprodursi asessualmente per divisione cellulare, attraverso scissione binaria, oppure sessualmente per isogamia, tramite il contatto tra flagelli e la formazione di un ponte citoplasmatico che porta alla fusione di due gameti uguali. Lo zigote risultante è di colore rosso o verde e, grazie alla sua spessa parete, risulta essere molto resistente a condizioni di siccità estrema, in cui può sopravvivere a lungo attendendo il momento propizio per dividersi. Nonostante quest’alga proliferi in ambienti ipersalini, la sua attività sessuale si riduce in modo considerevole a concentrazioni di sale superiori al 10%, mentre aumenta a concentrazioni saline più basse. 

β-carotene e glicerolo

Il β-carotene è responsabile dell’inibizione della produzione di radicali liberi da parte della luce ultravioletta ed è contenuto nei cloroplasti. Tra le varie microalghe ricche di carotenoidi, D. salina ha la maggiore concentrazione di β-carotene, che costituisce circa il 10% del peso secco dell’intero microrganismo. I livelli di carotenoidi aumentano all’aumentare della salinità. Esperimenti di laboratorio hanno dimostrato che il nitrato di ammonio inibisce la sintesi di β-carotene e porta alla morte dell’alga in tempi relativamente brevi.

Il glicerolo prodotto dalla microalga serve a mantenere l’equilibrio osmotico della cellula, compensando la mancanza di una parete rigida, e contribuisce a regolare l’attività enzimatica. Questa sostanza può derivare dalla sintesi intracellulare, che sfrutta la fotosintesi clorofilliana, oppure dal metabolismo dell’amido. La produzione di glicerolo è regolata attraverso cambiamenti osmotici che influenzano l’attività degli enzimi coinvolti nel processo di biosintesi. Un’elevata concentrazione di sale all’interno delle cellule riduce l’attività enzimatica, quindi, anche se vive in ambienti ricchi di sale, D. salina deve mantenere una bassa concentrazione di sodio all’interno del citoplasma.

Ecologia

D. salina pullula in ambienti come le saline e i laghi ipersalini in ogni parte del mondo. Questa specie può tollerare concentrazioni di NaCl che vanno dallo 0,2% a circa il 35% e livelli di pH che arrivano anche a 11. L’intervallo di temperatura che può sopportare va dagli 0 °C ai 38 °C e ciò gli permette di sopravvivere sia in zone tropicali che temperate. In molti stagni salini, l’alga rappresenta il principale produttore primario ed è alla base della catena alimentare di questi ecosistemi, dove funge da nutrimento per vari crostacei, come Artemia salina, che a loro volta sfamano uccelli come i fenicotteri, il cui piumaggio rosa deriva quindi, in parte, dai carotenoidi di D. salina.

L'affascinante scenario della laguna di Hutt, in Australia, che affaccia sull'Oceano Indiano
Figura 4 – L’affascinante scenario della laguna di Hutt, in Australia, che affaccia sull’Oceano Indiano [Fonte: https://video.corriere.it/australia-col-kitesurf-lago-pink/00b5a016-28a7-11ea-b791-05af5a1a0f8d]

La caratteristica più evidente di D. salina è la sua capacità di tingere di rosa le acque che la ospitano, generando panorami incredibili. Il fenomeno è dovuto agli alti livelli di carotenoidi contenuti nella cellula, utilizzati come protezione dalla forte irradiazione solare a cui è sottoposta nell’ambiente in cui vive. Uno degli esempi più spettacolari è la laguna di Hutt, localizzata sulla costa ovest dell’Australia (Fig. 4). La presenza dell’alga non rende questi laghi rosa dannosi per la salute dell’uomo e molti studi non hanno evidenziato nessun tipo di tossicità in associazione a D. salina.

Le acque del lago australiano Hillier sono di un intenso colore rosa a causa di una fioritura di D. salina
Figura 5 – Le acque del lago australiano Hillier sono di un intenso colore rosa a causa di una fioritura di D. salina [Fonte: https://www.newscientist.com/article/2311507-red-and-purple-microbes-give-australias-mysterious-pink-lake-its-hue/]

Alte concentrazioni di D. salina si trovano nel lago Hillier (Fig. 5), in Australia Occidentale, che ha assunto un’intensa colorazione rosa permanente, così come nel lago Retba (Fig. 6), in Senegal, la cui pigmentazione rosacea è visibile soprattutto durante la stagione secca. Altri laghi rosa a causa della microalga si trovano anche in Europa e nelle Americhe. Questa peculiare pigmentazione delle acque, oltre all’azione di D. salina, è riconducibile anche alla presenza di alcuni batteri alofili dotati di carotenoidi nella membrana cellulare.

Il lago Retba si trova a nord della capitale Dakar
Figura 6 – Il lago Retba si trova a nord della capitale Dakar [Fonte: https://talkafricana.com/lake-retba-senegals-pink-lake/]

Applicazioni biotecnologiche

lo sfruttamento di D. salina da parte dell’uomo è basato soprattutto sui carotenoidi da essa prodotti; questi sono coloranti naturali molto richiesti nell’industria cosmetica e il β-carotene è usato come fonte di vitamina A, di cui è precursore, nell’alimentazione umana (i suoi benefici riguardano soprattutto la pelle, la vista e il sistema immunitario). I carotenoidi possono anche ridurre i radicali liberi, limitando l’invecchiamento prematuro delle cellule e prevenire le malattie cardiovascolari e alcuni tipi di tumori. Una ricerca del 2007 svolta dall’Università di Harvard ha indagato gli effetti del β-carotene sulla demenza senile, scoprendo che la sua azione antiossidante è capace di prevenire questo deterioramento del sistema nervoso, aprendo nuovi scenari nella lotta alle malattie neurodegenerative.

Malgrado le sue numerose e importanti proprietà, la bassa concentrazione di β-carotene in D. salina non permette ancora una grossa produzione commerciale e numerose proposte per massimizzare questa biosintesi sono al vaglio degli esperti. Inoltre, la raccolta delle alghe risulta particolarmente difficile e costosa e spesso il risultato non giustifica lo sforzo. In futuro sarà quindi importante approfondire la ricerca su questo particolare microrganismo, capace di dipingere quadri naturali di incommensurabile bellezza.

Veduta della laguna di Hutt
Figura 7 – Veduta della laguna di Hutt [Fonte:https://www.viator.com/en-IE/Geraldton-attractions/Pink-Lake/d4753-a24678]

Fonti

Foto dell'autore

Francesco Pisarro

Biologo iscritto all'ordine, appassionato di divulgazione scientifica e di ogni ambito delle scienze

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