La simbiosi

Con il termine simbiosi indichiamo una relazione intima e costante nel tempo che si instaura fra due organismi appartenenti a specie diverse. Tali organismi sono detti simbionti e ne esistono moltissimi esempi in natura, con tipologie, rapporti e funzioni diverse.

La simbiosi in natura

La simbiosi è un fenomeno che ritroviamo spesso in natura: ne sono esempi i microbioti che ritroviamo all’interno di moltissimi organismi, uomo compreso. Talvolta queste relazioni sono così intime e strettamente necessarie ad almeno uno dei due simbionti, che si parla di simbiosi obbligata; invece in altri casi tali rapporti possono portare un vantaggio ma non sono essenziali, per cui parliamo di simbiosi facoltativa.

Un esempio di simbiosi obbligata riguarda i batteri del tratto digerente di molti vertebrati: nell’uomo i batteri simbionti colonizzano l’intestino dalla nascita, permettendoci di assumere vitamine, calcio e ferro.

Per quanto riguarda la simbiosi facoltativa, possiamo rivolgere lo sguardo ai batteri delle profondità marine. Esistono molti batteri in grado di vivere all’interno di organi luminosi di alcuni pesci abissali, ma che non vengono trasmessi verticalmente dalla madre ai figli, bensì acquisiti dall’ambiente dove essi vivono.

Intimità delle relazioni simbiontiche

Esistono tre livelli per descrivere quanto una relazione tra simbionte e simbionte può essere intima; quando uno dei due organismi ha dimensioni molto maggiori dell’altro si chiama quest’ultimo ospite, mentre l’altro rimane indicato come simbionte (nel caso di parassitismo come parassita).

Il simbionte può vivere all’interno dei tessuti dell’ospite: questa relazione è detta endosimbiosi; il caso dei batteri luminescenti rientra in questa categoria. Altri casi di endosimbiosi d’interesse riguardano in generale relazioni tra un ospite ed il suo parassita quando esso penetra all’interno del corpo. Le relazioni endosimbiontiche sono strettamente regolate dal punto di vista molecolare, con segnali che vengono emessi per comunicare (o ingannare) l’ospite. Al di fuori dell’ambito sanitario, una delle endosimbiosi più impressionanti riguarda la relazione tra i polipi dei coralli e le alghe che vivono al loro interno (Fig.1).

Barriera corallina biocostruzione basata sulla simbiosi
Figura 1 – Una barriera corallina, una biocostruzione basata sulla simbiosi

Una relazione ancora più intima è l’endosimbiosi cellulare, in cui uno dei due organismi vive all’interno delle cellule dell’ospite. Tipici (ma non esclusivi) di specie unicellulari, si tratta di relazioni di tipo parassitico o mutualistico. Hatena arenicola, ad esempio, è un flagellato che ospita al suo interno un’alga simbionte. Questo tipo di relazione è stata fondamentale agli inizi della vita stessa: secondo la teoria endosimbiontica, cloroplasti e mitocondri deriverebbero da eventi di endosimbiosi cellulare avvenuti all’alba della vita sulla Terra.

Quando uno dei due organismi vive sulla superficie dell’altro parliamo di ectosimbiosi. Si tratta di un associazione esterna spesso legata al parassitismo, in cui l’organismo parassita si attacca all’ospite. L’esempio classico di ectosimbiosi è il pidocchio: questo piccolo insetto (Pediculus humanus capitis, Fig.2) infesta i capelli dell’uomo e si nutre di sangue che beve dal cuoio capelluto. Ma come esempi di ectosimbiosi troviamo anche i batteri del microbiota umano, che vivono su di una superficie interna.

Pidocchio
Figura 2 – Un pidocchio del capo

Modalità di interazione

Abbiamo visto finora come simbionte e simbionte possano essere intimamente legati. Ma quali vantaggi o svantaggi portano queste interazioni?

Mutualismo

Nel mutualismo tutti gli organismi coinvolti hanno un beneficio (+/+). In natura gli esempi non mancano: oltre al già citato rapporto corallo-alga, possiamo prendere dal mondo marino il mutualismo tra pesci pagliaccio ed anemoni (o attinie; Fig.3). In questo caso il pesce pagliaccio ottiene protezione dai predatori, fornendo all’anemone scarti azotati e residui di cibo, oltre a protezione da altri pesci di piccole dimensioni. Ma vi è un terzo attore: alghe unicellulari che vivono all’interno dell’anemone. Esse beneficiano anch’esse della presenza del pesce in maniera indiretta, visto che va ad agire positivamente sul loro ospite.

Pesci pagliaccio anemone simbiosi
Figura 3 – Pesci pagliaccio vicino ad un anemone

Commensalismo

Il commensalismo è una relazione in cui solo uno degli organismi riceve un vantaggio, mentre per l’altro è una relazione neutra (+/0). Alcuni dei batteri del tratto gastrointestinale sono nostri commensali, dove noi forniamo protezione senza ricevere qualcosa in cambio. In ambiente marino un buon esempio è rappresentato dai cirripedi che vivono sulle balene. La quantità di cirripedi non è solitamente abbastanza elevata da danneggiare il cetaceo ospite, che fornisce un modo al crostaceo di spostarti e trovare cibo con maggior facilità.

Cirripedi balena simbiosi
Figura 4 -Cirripedi su di una balena spiaggiata

Inquilinismo

L’inquilinismo è una condizione in cui viene condiviso uno spazio comune, spesso subordinato ad una relazione di mutualismo o commensalismo. Paguro e anemone, pur avendo una relazione mutualistica, sono anche parte di una relazione di questo tipo, condividendo il guscio vuoto di un gasteropode. In questo caso è spesso trovato un terzo inquilino, un piccolo granchio, che vive adeso sullo stesso guscio.

Paguro anemonesimbiosi
Figura 5 – Associazione tra un paguro ed un anemone

Amensalismo

L’amensalismo è un particolare rapporto tra specie, neutra per una e svantaggiosa per l’altra (-/0). Questa relazione è alla base di una delle scoperte più importanti nella storia della microbiologia: la penicillina. Difatti il fungo Penicillium chrysogenum produce questa sostanza antibiotica che non ha un effetto vantaggioso sull’organismo stesso, ma ha un’azione battericida nei confronti dei batteri circostanti (Fig.6). Secondo alcuni autori, nell’amensalismo andrebbero ascritte anche le forme di competizione, in cui una specie non danneggia direttamente l’altra ma sottrae risorse o ne esclude l’accesso ad altre.

Penicillum coltura
Figura 6 – Piastra con Penicillum notatum

Parassitismo

Il parassitismo è una relazione ben nota dal punto di vista sanitario, in cui un organismo ottiene un vantaggio a scapito dell’ospite (+/-). Esiste un’intera branca della biomedicina che si occupa di parassitologia e che studia biologia, patologia e rimedi per i parassiti dell’uomo. La continua “corsa agli armamenti” tra ospiti e parassiti ha portato ad alcune interazioni veramente singolari: ad esempio Cymothoa exigua è un isopode ectoparassita dei pesci che dopo averne divorato la lingua, si sostituisce ad essa.

Pesce pagliaccio con Cymothoa exigua simbiosi
Figura 7Pesce pagliaccio con C. exigua

Le infinite sfumature della simbiosi

La simbiosi coinvolge organismi dei gruppi tassonomici più disparati. Analizzare i rapporti interspecifici e classificarli all’interno delle categorie precedentemente descritte non è così immediato e spesso i confini tra una tipologia e l’altra sono sfumature difficili da cogliere. Ad esempio, secondo alcuni scienziati, tra coralli ed alghe non avremmo una relazione mutualistica bensì un “parassitismo controllato“.

Gli organismi simbionti sono andati incontro ad una coevoluzione, un processo per cui organismi appartenenti alla stessa comunità si evolvono in maniera parallela. Si possono avere simbionti obbligati ed estremamente specifici, co-evoluti a tal punto da poter sopravvivere solo in associazione con una singola specie (o una singola popolazione). Spesso i parassiti cadono all’interno di quella che viene detta “buca di speciazione“. Si parla di una condizione di iperspecializzazione in cui la scomparsa dell’organismo ospite significa la scomparsa obbligata del parassita.

Talvolta la simbiosi rappresenta l’unica possibilità di sopravvivenza in ambienti estremi: il rapporto mutualistico tra i vermi tubulari giganti (Riftia pachyptila) e batteri simbionti chemioautotrofi permette alla vita di perdurare nelle fumarole nere degli abissi oceanici (Fig. 8). Si tratta di un rapporto così efficiente che R. pachyptila ha un apparato digerente estremamente ridotto. Di solito, questa caratteristica è tipica di parassiti iperspecializzati.

Fumarola nera e Riftia simbiosi
Figura 8 – Fumarola nera con comunità associata di R. pachyptyla

Fonti

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