I protisti: cellule organismo.

I protisti: cellule e organismi.

Subito dopo la laurea in biologia, che ho conseguito presso l'Università la Sapienza di Roma circa cinquanta anni fa, ho ottenuto una borsa di studio all'Istituto Superiore di Sanità dove ho appreso le tecniche di microscopia elettronica. Si trattava allora di una tecnica nuova, all'avanguardia che permetteva per la prima volta di "entrare" all'interno della cellula ed esaminarne in dettaglio tutte le strutture. Quando poi sono approdata all'Università di Pisa, grazie all'esperienza raggiunta nella nuova tecnica, sono entrata a far parte della squadra del professor Renzo Nobili che mi disse subito "Qui studiamo i protozoi".  Io ho risposto " Non c'è problema, dopotutto sempre cellule sono".

Poi però mi sono resa conto che i protozoi (il termine protisti non era stato ancora introdotto) sono molto di più che cellule: sono organismi completi e complessi!

Infatti la loro unica cellula non solo deve svolgere tutte le funzioni vitali delle cellule eucariotiche ma deve anche  recepire e riconoscere gli stimoli provenienti dall'ambiente esterno, dagli altri organismi con cui vengono a contatto; elaborare risposte diverse per ognuno di essi, procurarsi energia, riprodursi…………e scusate se è poco!

                                        

                                     ###################

Prendiamo ad esempio il Paramecio, che viene citato anche in molti libri delle elementari, e vediamo cosa sa fare…….

1)      Si muove efficientemente grazie alle ciglia, appendici cellulari "inventate" dai protozoi ciliati a cui il Paramecio appartiene, ma presenti con la stessa struttura anche in molte cellule del nostro corpo che le usano per scopi diversi. Le ciglia battono l'acqua come piccoli remi flessibili e il loro battito può variare in frequenza e direzione, permettendo al Paramecio di procedere a diverse velocità e, se incontra un ostacolo, fare retromarcia e ripartire in un'altra direzione.

                                                      ciglia in movimento

2)      Come tutti i Ciliati il Paramecio è eterotrofo cioè per procurarsi energia deve mangiare, proprio come gli animali. Ma per mangiare ci vuole una bocca, direte voi: ebbene il Paramecio ne possiede una che si chiama citostoma (cioè bocca cellulare) ed è situata in fondo a una depressione della superficie a forma a imbuto e rivestita, appunto, di ciglia. Naturalmente la bocca non è una vera  apertura dalla quale potrebbe uscire il citoplasma; è piuttosto una piccola zona delimitata dalla sola membrana plasmatica (quella che riveste tutte le cellule), mentre tutto il resto della superficie   presenta membrane aggiuntive che conferiscono rigidità. Quando il cibo, spinto dal battito delle ciglia raggiunge il citostoma, la membrana si gonfia verso l'interno come un palloncino accogliendo cibo e acqua. Quando il palloncino è gonfio abbastanza, si stacca e si sposta verso l'interno, mentre comincia a formarsene un altro. Il "palloncino", che ora possiamo chiamare vacuolo alimentare, viene via via raggiunto da piccole vescicole che riversano al suo interno enzimi digestivi, non molto diversi dai nostri. Così mentre il vacuolo si sposta nel citoplasma il cibo al suo interno viene digerito e assimilato. Il materiale residuo verrà poi eliminato attraverso un'altra piccola zona specializzata detta citopigio. Quindi abbiamo un vero e proprio  apparato digerente, che si forma quando serve, completo di bocca e ano. Le membrane dei vacuoli svuotati vengono poi riciclate per formare i vacuoli nuovi. C’è perfino un apparato escretore (il sistema del vacuolo pulsante) per espellere acqua e Sali in eccesso.

                                     

Disegno schematico di Paramecio

Vacuoli digestivi di Paramecio con batteri (sezione al microscopio elettronico)

3)      Ma cosa mangia il Paramecio? Mangia batteri e protisti autotrofi detti anche microalghe; lo possiamo paragonare agli animali erbivori!  La maggior parte delle specie di Paramecio sono d'acqua dolce, un ambiente molto variabile in cui il cibo può venire a mancare. Così alcune di esse hanno imparato a metterlo da parte: alcuni vacuoli non vengono raggiunti dagli enzimi digestivi e le microalghe, che restano vive al loro interno, possono anche riprodursi perché il loro ospite cercherà  di esporle  alla luce per favorirne la fotosintesi. In questo modo, quando il cibo viene a mancare, il nostro previdente protozoo può digerire le alghe che ha allevato o semplicemente sfruttare i prodotti della loro fotosintesi. In un certo senso da eterotrofo diviene autotrofo.

                            Paramecio  che alleva  microalghe

4)      Come la maggior parte degli erbivori il Paramecio può cadere vittima di predatori carnivori (ce ne sono diversi tra i ciliati). Molti di questi attaccano la preda (di cui avvertono la presenza grazie ai recettori di membrana) scagliandole delle "frecce avvelenate" (toxicisti) che la paralizzano prima di ingerirla.  Come può difendersi la povera vittima?  Se riesce a percepire in tempo la presenza del predatore, può scagliare le sue armi (tricocisti) di per sé non  offensive, ma che

estruse tutte insieme provocano una sorta di "rinculo" che può portarla fuori portata del predatore.

Nota: toxicisti e tricocisti sono due tipi di estrusomi, organuli tipici dei protisti e di nessun'altra cellula eucariote. Possono essere molto diversi tra loro ma hanno in comune la possibilità di venir estrusi dalla cellula senza danneggiarla.

                                     Paramecio con tricocisti estruse

5)     Una volta accumulata abbastanza energia il Paramecio si riproduce. Come tutti i ciliati possiede un doppio apparato nucleare:  il macronucleo che, come dice la parola, è più grande, con tutti i geni ripetuti moltissime volte (poliploide) resta attivo durante  la vita vegetativa, la vita di tutti i giorni mi verrebbe da dire se non fosse che il ciclo vitale del Paramecio è misurabile in ore; e  il micronucleo diploide che entra in funzione solo nella fase di divisione cellulare, andando incontro a mitosi.

Il macronucleo si divide per strozzamento: i geni sono presenti in così tante copie che,  anche  se la divisione non è perfettamente in parti uguali, non c'è rischio di perderne qualcuno. La separazione delle cellule figlie avviene solo dopo che tutte le strutture, ciglia, citostoma ecc. sono state duplicate. Così ambedue i nuovi individui sono già pronti e autonomi. 

(La ripartizione dei compiti tra i due nuclei non vi ricorda qualcosa?  A questo proposito potete rileggere il post mitosi e meiosi).

                                 Paramecio in divisione.

6)      Ma i ciliati fanno anche sesso e il Paramecio non fa eccezione! Non è chiaro in quali condizioni la "cosa" ,che si chiama coniugazione, avvenga in natura. In laboratorio viene di solito indotta con un moderato digiuno. La coniugazione avviene solo tra individui della stessa specie ma non di tutti con tutti! I due coniuganti devono essere di diverso "mating type", come dire in qualche modo sesso diverso. Noi non distinguiamo assolutamente gli uni dagli altri ma loro si riconoscono (sempre mediante specifici recettori di membrana che captano sostanze prodotte dal mating type complementare). Al riconoscimento segue un preciso comportamento preconiugativo che i  protozoologi hanno imparato a riconoscere; poi si formano le coppie. Due individui restano attaccati nella zona della bocca e si forma tra di loro un ponte di citoplasma. Il macronucleo si disgrega mentre il micronucleo va incontro a meiosi: è un nucleo che sa fare mitosi e meiosi! Poi uno dei nuclei aploidi derivati dalla meiosi passa attraverso il ponte citoplasmatico nell'altro partner dove si unisce con un nucleo aploide lì rimasto stazionario. Alla fine ognuno dei due individui avrà un nucleo diploide diverso da quello precedente. A questo punto i due si separano e vanno ognuno per i fatti suoi. Il macronucleo si formerà in ciascuno di essi dalla divisione del nucleo zigotico. Due individui erano e due sono rimasti, ciascuno con il vecchio citoplasma e un patrimonio genetico nuovo.  Non si può quindi parlare di riproduzione sessuale ma di fenomeno sessuale, con rimaneggiamento genico che assicura la variabilità all'interno della specie.

_

Coppia di Parameci