Due individui vivono intrecciati con il verme peloso d’acqua dolce Gordionus violaceus dalla Germania. Credito: Gonzalo Gerbet
Ai vermi capillari mancano i minuscoli “peli” responsabili del movimento cellulare, del filtraggio e del rilevamento che ha ogni altro animale conosciuto.
In un mondo brulicante di animali esotici, i vermi capillari sono senza dubbio tra i più strani. Questi sono vermi parassiti noti per manipolare il comportamento dei loro ospiti, un fenomeno talvolta chiamato “controllo mentale”.
In una svolta interessante, un nuovo studio appare sulla rivista Biologia attuale Ho rivelato quel verme classificare Condividono uno strano tratto: mancano di quasi il 30% dei geni che i ricercatori si aspettavano di scoprire. Ancora più intrigante, i geni mancanti sono collegati allo sviluppo delle ciglia, le strutture simili a peli che si trovano nelle cellule di quasi tutte le specie animali conosciute.
Un verme vivo d’acqua dolce nelle mani di Bruno de Medeiros al Muir Woods National Monument in California. Credito: Bruno de Medeiros
I vermi capillari, che assomigliano a sottili fili di spaghetti e sono lunghi pochi centimetri, possono essere trovati in tutto il mondo. La loro struttura corporea di base indica la loro natura parassitaria poiché mancano di sistemi escretori, respiratori o circolatori e vivono quasi interamente all’interno di altri organismi. Tawana Cunha, ricercatrice post-dottorato presso il Field Museum di Chicago e autrice principale dello studio, osserva: “Una delle cose più interessanti, e forse ciò per cui sono meglio conosciuti, è che possono influenzare il comportamento dei loro ospiti e fargli fare cose che altrimenti non farebbero”.
Ciclo vitale del verme e manipolazione dell’ospite
Centinaia di specie di hairworm si trovano in acqua dolce. Il ciclo vitale inizia quando le sue uova si schiudono nell’acqua e le larve vengono consumate da piccoli predatori acquatici come le larve di effimera. Questi, a loro volta, sono predati da predatori terrestri più grandi come gli scarafaggi. Dopo essere maturati all’interno del loro ospite, i vermi capelli manipolano il comportamento dell’ospite, facendoli saltare in acqua. Una volta lì, i vermi si contorcono dai loro ospiti e iniziano a cercare compagni, ripetendo così il ciclo.
Sebbene esistano anche cinque specie di vermi marini che parassitano creature acquatiche come le aragoste, la loro capacità di manipolare gli ospiti non è chiara a causa della mancanza di necessità di tornare in acqua.
I vermi capelli d’acqua dolce vivono nell’ambiente, al Muir Woods National Monument in California. Credito: Bruno de Medeiros
Ricerca genetica sui vermi capillari
Per quanto strano possa essere il comportamento dei vermi capillari, l’interesse di ricerca di Cunha per gli animali ha più a che fare con loro DNA. “Abbiamo deciso di sequenziare i loro genomi, perché niente di simile al suo era mai stato sequenziato a questo livello prima”, dice dello studio, condotto con i suoi coautori Bruno de Medeiros, Ariana Lorde, Martin Sorensen e Gonzalo Gerbet. “L’obiettivo era quello di produrre quei genomi e alla fine usarli per comprendere le relazioni evolutive tra hairworms e altri tipi di animali”.
Dopo aver ottenuto campioni di DNA da due specie di vermi, uno d’acqua dolce e uno marino, e averli sequenziati, il team ha fatto una scoperta sorprendente confrontando i codici genetici dei vermi con quelli di altre creature.
Foto curate della hostess di aragosta accovacciata (morta) Monida S. , dalla Norvegia, infettato da un verme marino. L’immagine è stata ora presa come una rappresentazione dello scenario di vita reale di come il verme è stato raccolto anni fa, che è stato utilizzato per il sequenziamento del genoma. Credito: Martin Sorensen
Scopri i geni mancanti
“Ciò che abbiamo scoperto, il che è stato molto sorprendente, è che i genomi dei vermi dei capelli mancavano di circa il 30 percento dell’insieme di geni che ci si aspetterebbe fossero presenti praticamente in tutti i gruppi di animali”, afferma Kuna.
Scoperte come queste spesso portano gli scienziati a chiedersi se hanno commesso un errore. Tuttavia, esiste un’associazione tra i geni che sono assenti in entrambi i tipi di vermi. La stragrande maggioranza dei geni mancanti era esattamente la stessa tra le due specie. Questa è stata un’incredibile coincidenza”, dice Cunha.
Cunha ei suoi colleghi hanno scoperto che questi geni, mancanti in altri animali, sono responsabili della produzione delle ciglia.
“Le ciglia sono organelli, piccole strutture a livello cellulare, che si trovano principalmente in tutti gli animali e, ancor più in generale, nei protisti e in alcune piante e funghi. Quindi sono presenti in una grande varietà di vita sulla Terra”, dice Cunha. Sono presenti in molte cellule del corpo umano: ad esempio, le code degli spermatozoi sono ciglia e anche le cellule della retina hanno ciglia.
Guarda l’immagine dell’ospite di aragosta accovacciato (morto) Monida S. , dalla Norvegia, infettato da un verme marino. Il carapace dell’aragosta è stato aperto per mostrare dove è stato trovato il verme. L’immagine è stata ora presa come una rappresentazione dello scenario di vita reale di come il verme è stato raccolto anni fa, che è stato utilizzato per il sequenziamento del genoma. Credito: Martin Sorensen
Implicazioni per la perdita delle ciglia
In studi precedenti, gli scienziati hanno scoperto che i vermi capillari apparivano privi di ciglia dove sarebbero normalmente osservati. Lo sperma di Hairworm, per esempio, manca di code. Tuttavia, l’assenza di prove visive di ciglia nei vermi capillari non è stata considerata una prova definitiva che non fossero presenti. “Senza i genomi, ciò richiederebbe di esaminare tutte le cellule in tutte le fasi della vita in tutte le specie”, afferma Bruno de Medeiros, curatore degli insetti impollinatori presso il Field Museum e coautore dell’articolo.
“Sulla base di precedenti osservazioni, i vermi capillari non sembrano avere ciglia, ma non lo sapevamo con certezza”, afferma Cunha. “Ora con il genoma, abbiamo visto che in realtà mancano i geni che producono le ciglia in altri animali – in primo luogo non hanno un meccanismo per creare le ciglia”.
Un verme vivo d’acqua dolce nelle mani di Bruno de Medeiros al Muir Woods National Monument in California. Credito: Bruno de Medeiros
Comprensione dei modelli evolutivi e delle direzioni future
Inoltre, il fatto che sia le specie di hairworm d’acqua dolce che quelle marine abbiano perso i geni per le ciglia indica che questo cambiamento evolutivo molto probabilmente si è verificato nel profondo passato dei loro antenati comuni. “È possibile che la perdita si sia verificata all’inizio dello sviluppo del gruppo e che lo stessero solo portando avanti”, afferma Kuna.
Questa rivelazione pone le basi per molte nuove indagini. Non è chiaro in che modo l’assenza di ciglia influisca sui vermi capillari o se il comportamento parassitario dei vermi capillari sia correlato alle ciglia mancanti. “Ci sono molti altri organismi parassiti a cui non mancano questi geni specifici, quindi non possiamo dire che i geni manchino a causa del loro stile di vita parassitario”, afferma Kuna. Ma gli organismi parassiti in generale spesso mancano di molti geni. Si presume che poiché i parassiti non utilizzano determinate strutture e si affidano invece ai loro ospiti, finiscono per perdere quelle strutture”.
Implicazioni per la ricerca futura
I vermi capillari non sono gli unici parassiti che esibiscono tratti di “controllo mentale”. Un comportamento simile si osserva nei protozoi responsabili della toxoplasmosi, che riduce la paura dei gatti nei roditori, e nei funghi Ophiocordycepsreso famoso dal videogioco e dal programma televisivo The Last of Us, manipola le formiche per disperdere spore fungine.
Sebbene questi organismi siano lontanamente imparentati con i vermi capillari, Cunha ritiene che il nuovo studio possa aiutare gli scienziati a identificare modelli comuni di funzionamento di questo comportamento. Eseguendo questa analisi comparativa tra organismi in futuro, potremmo essere in grado di cercare somiglianze. O, forse, questi organismi hanno sviluppato comportamenti simili in modi completamente diversi l’uno dall’altro.
Riferimento: “Rampant Loss of Global Metazoan Genes Detected by a Chromosome-Wide Genome Assembly of Parasitic Nematomorpha” di Tauana J.Cunha, Bruno AS de Medeiros, Arianna Lord, Martin V. Sørensen e Gonzalo Giribet, 18 luglio 2023, disponibile qui. Biologia attuale.
DOI: 10.1016/j.cub.2023.07.003
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