Il simbionte di un afide, asso nella manica contro la vespa parassita

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La simbiosi come vantaggio evolutivo: il caso del batterio simbionte di un afide

I batteri endosimbionti sono microorganismi fondamentali per la vita di tutti gli esseri viventi. Vivono e si nutrono all’interno del nostro organismo e ci danno in cambio un beneficio in termini di salute. Pensate, ad esempio, a tutta la flora intestinale che ci aiuta ad avere una corretta digestione. Senza questi batteri, il nostro organismo non funzionerebbe in maniera corretta, lasciandoci esposti a diverse patologie. I microorganismi simbionti sono talmente importanti da giocare un ruolo nel nostro sistema immunitario, aumentando le difese del nostro organismo verso pericoli esterni.
Studiare le associazioni simbiotiche nel mondo animale può aiutarci a capire come funziona la macchina dell’evoluzione. Per esempio, nel mondo degli insetti ritroviamo una grande varietà di bizzarre simbiosi, caratterizzate dalla capacità dei batteri di interferire in processi biologici complessi.
Recentemente, è stata scoperta una associazione che coinvolge un afide, una vespa parassita e, addirittura, una pianta da frutto. Il protagonista di questa triplice associazione è, però, l’asso nella manica dell’afide: il suo batterio simbionte, Hamiltonella defensa. Vediamo assieme come.

Afidi ghiotti di legumi

Gli afidi, definiti anche pidocchi delle piante, sono piccoli insetti che si nutrono della linfa di numerose piante. Gli organismi che si nutrono di vegetali sono detti fitofagi e, in questa categoria, gli afidi sono fra i più pericolosi per le nostre coltivazioni. Nutrendosi della linfa della pianta, ne sottraggono le risorse energetiche e possono trasmettere, tramite la saliva, virus letali per gli organismi vegetali. Inoltre, le popolazioni di afidi crescono velocemente, colonizzando in breve tempo l’ospite e minacciandone la sopravvivenza.
In particolare, l’afide Acyrthosiphon pisum si ciba di un elevato numero di leguminose (Fig. 1). Questo afide è particolarmente ghiotto di Vicia faba, una pianta che tutti conosciamo per il suo frutto, la fava. V. faba è costantemente sotto attacco da parte di A. pisum e, a seguito di milioni anni di evoluzione, ha sviluppato un interessante meccanismo difensivo per limitare la crescita dell’afide.

Un afide che si ciba della linfa di una pianta. Al suo interno vive l'asso nella manica: il batterio simbionte Hamiltonella defensa
Figura 1 – L’afide Acyrthosiphon pisum che succhia l’emolinfa di una pianta [Fonte: Shipher Wu & Gee-way Lin, National Taiwan University – PLoS Biology]

Grido d’aiuto: la nostra pianta recluta una vespa parassita

Il nostro afide, A. pisum, non è privo di nemici nel mondo là fuori. La vespa parassita Aphidius ervi depone l’uovo all’interno dell’afide, suo ospite, iniettandolo con il pungiglione nel suo corpo (Fig. 2). Da questo uovo schiuderà una larva che si ciberà dell’ospite dall’interno. Successivamente, l’afide fungerà da rifugio per la larva che si svilupperà ed emergerà alla forma adulta dal corpo ormai senza vita del suo ospite.
La nostra pianta, V. faba, ha trovato il modo di sfruttare questo meccanismo a suo vantaggio. Infatti, nel momento in cui percepisce la minaccia degli afidi che si cibano dei suoi tessuti, essa rilascia una miscela di odori chimici che attirano la vespa parassita. La vespa A. ervi, attirata dal segnale odoroso della pianta, potrà parassitare gli afidi e ridurne il numero sulla pianta. In pratica, la pianta ha sviluppato uno straordinario meccanismo difensivo che prevede il reclutamento di un terzo attore, la vespa parassita, nel tentativo di ridurre l’attacco da parte degli afidi. Ma non è finita qui.

Aphidius ervi parassita un afide
Figura 2 – Aphidius ervi inietta con il pungiglione l’uovo all’interno dell’afide [Fonte: Verdepieno.com]

Asso nella manica: l’afide si gioca la carta del batterio simbionte

L’afide A. pisum ha evoluto a sua volta una strategia di difesa per proteggersi dalla vespa parassita. E lo ha fatto in maniera eccezionale. Infatti, all’interno del nostro afide vive un batterio endosimbionte, Hamiltonella defensa, che gioca un ruolo cruciale nella sopravvivenza del suo ospite. Questo batterio è in grado di proteggere l’afide dal parassitismo della vespa A. ervi bloccando lo sviluppo della larva all’interno dell’afide stesso. Il batterio induce una risposta immunitaria che impedisce alla vespa di portare a termine il suo sviluppo, salvando la vita all’afide. In cambio, il batterio si assicura un posto dove vivere e il passaggio alle generazioni successive per via materna. L’afide sopravvive, si riproduce e il batterio Hamiltonella defensa ne colonizza la prole.

Ma, ancora una volta, non è finita qui. Nuovi studi hanno infatti evidenziato che la presenza di più batteri endosimbionti è funzionale anche a impedire alla pianta di lanciare il suo allarme di reclutamento della vespa parassita. Il batterio simbionte dell’afide nella sua saliva sembrano in effetti in grado di bloccare il rilascio del segnale chimico che attrae la vespa parassita. Il meccanismo non è ancora del tutto chiaro, ma, ancora una volta, i nostri batteri diventano protagonisti indiscussi di uno scontro evolutivo senza esclusione di colpi. In questo caso, Hamiltonella defensa si rivela la vera e propria carta vincente per l’afide.

Conclusioni

Leigh Van Valen, noto biologo statunitense, ha proposto una interessante e nota teoria evolutiva (Ipotesi della Regina Rossa) riguardo le associazioni di cui abbiamo parlato oggi. Van Valen ha preso in prestito una celebre frase, tratta dalla novella Attraverso lo specchio e quel che Alice vi trovò di Lewis Carroll, per spiegare la continua lotta fra le specie:

«Ora, in questo luogo, come puoi vedere, ci vuole tutta la velocità di cui si dispone se si vuole rimanere nello stesso posto; se si vuole andare da qualche altra parte, si deve correre almeno due volte più veloce di così!».

Gli esseri viventi devono continuare a evolvere (correre) se vogliono sopravvivere. Se ci pensiamo, è quello che è accaduto fra afide, pianta e vespa parassita. La pianta ha evoluto una strategia di difesa contro l’afide, che a sua volta ha evoluto una strategia di difesa contro il suo parassita e la pianta. Non è escluso, in futuro, che la vespa parassita (o la pianta) troverà il modo di eludere le difese dell’afide e, a quel punto, l’afide dovrà provare ad evolvere un nuovo meccanismo difensivo. E si andrà avanti così, cercando di sopravvivere con tutti i mezzi possibili, nella straordinaria corsa agli armamenti dell’evoluzione.

Fonti

  • Frago E, Mala M, Weldegergis BT, Yang C, McLean A, Godfray HCJ, Gols R, Dicke M. Symbionts protect aphids from parasitic wasps by attenuating herbivore-induced plant volatiles. Nat Commun. 2017 Nov 30;8(1):1860. doi: 10.1038/s41467-017-01935-0. PMID: 29192219; PMCID: PMC5709398.
  • Du, Y. -J. et al. Identification of semiochemicals released during aphid feedingthat attract parasitoidAphidius ervi. J. Chem. Ecol.24, 1355–1368 (1998).
  • Van Valen L. 1973 new evolutionary law. Evol. Theory 1, 1–30.

Fonti immagini

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