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Operazione
"Balanophyllia Europaea"
Balanophyllia europaea
un abitante del nostro mare primitivo e sconosciuto
di
Stefano Goffredo
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I
coralli sono animali primordiali in quanto hanno un’organizzazione
corporea relativamente semplice. Osservati però "da
vicino", con l’ausilio di un potente microscopio
elettronico, mostrano interessanti e spettacolari differenziazioni
nelle forme e nelle funzioni.
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Barriere
coralline e atolli tropicali, coralli rossi preziosi, coralli
molli e duri: ma che cosa sono i coralli? Tra i primi animali
pluricellulari evolutisi nei mari vi erano proprio loro: i
coralli. Essi popolavano gli oceani già nell’Ordoviciano, in
altre parole circa 500 milioni d’anni fa: a tal proposito è
curioso ricordare che i primi vertebrati (pesci) sono comparsi nel
Siluriano (circa 400 milioni d’anni fa) mentre l’uomo ha
compiuto i primi passi sulla terra solo nel Quaternario (0,5 - 1
milioni d’anni fa).
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Un corallo,
di norma, è un organismo sessile, cioè che vive aderente ad un
substrato duro, con il corpo a forma di sacco più o meno
cilindrico. Il corpo è orlato superiormente da una corona di
tentacoli al centro della quale si apre la bocca. Quest’ultima
comunica con una cavità interna a fondo cieco (celenteron), che
ha funzione digestiva e di trasporto. Inferiormente, l’individuo
aderisce al fondo roccioso per mezzo di un disco pedale. Il corpo
così organizzato prende il nome di polipo, da non confondere con
il simpatico polpo.
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I coralli
possono essere coloniali o solitari. Nel primo caso, molti polipi
cooperano assieme, per esempio nell’approvvigionamento del cibo,
nel secondo caso, ogni singolo polipo vive isolato come organismo
autonomo.
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I coralli
sono carnivori e predano piccoli animaletti planctonici. La
cattura avviene per contatto diretto: la piccola preda che,
trasportata dalla corrente, urta un tentacolo del polipo, è
stordita dal liquido tossico scaricato dai filamenti estroflessi
da batterie di cellule urticanti (cnidoblasti). Il successivo
dibattersi della vittima tramortita stimola il corallo
all’ingestione. Inoltre, molti coralli ospitano nei loro tessuti
alghe simbionti unicellulari (zooxanthellae), provvedenti
anch’esse al nutrimento del polipo. Durante il processo di
fotosintesi, infatti, le zooxanthellae captano l’energia solare
che utilizzano per sintetizzare sostanza organica. Quest’ultima,
per la maggior parte, esce dall’alga per essere utilizzata dal
polipo come nutrimento. La fotosintesi delle zooxanthellae inoltre
accelera la precipitazione del carbonato di calcio, nei coralli
che possiedono uno scheletro calcareo esterno (Madreporari).
Questi coralli perciò, hanno una velocità d’accrescimento
dello scheletro che è due o tre volte superiore, rispetto a
quelli privi di zooxanthellae. A causa di questa simbiosi, i
madreporari dei mari tropicali hanno dei tassi d’accrescimento
superiori a quelli d’erosione (questa ultima dovuta all’azione
delle onde e degli animali che si nutrono di coralli) e quindi
hanno la possibilità di costruire le barriere coralline e gli
atolli, oggi mete del turismo subacqueo.
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I coralli
si riproducono sia sessualmente (mediante spermatozoi ed uova) sia
asessualmente. Nel caso della riproduzione sessuale, nella
condizione più semplice, esistono colonie maschili e colonie
femminili che, in un determinato periodo dell’anno, rilasciano
in mare rispettivamente spermatozoi ed uova. E’ quindi in acqua
libera che avviene la fecondazione. Il successivo sviluppo
embrionale porta alla formazione di una larva planctonica (planula).
Quest’ultima, dopo aver trascorso un periodo di dispersione come
organismo pelagico trasportato dalle correnti, si fissa al fondo,
su un substrato rigido, originando un polipo. E’ da questo
polipo fondatore che, mediante la riproduzione asessuale per
gemmazione, crescerà la nuova colonia. Sul corpo del primo
polipo, infatti, si formerà un abbozzo di cellule (gemma) da cui
nascerà il secondo polipo e poi, allo stesso modo, si formerà il
terzo, il quarto, via via fino ad avere le migliaia di polipi
costituenti l’intera nuova colonia.
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I coralli
sono presenti in Mediterraneo con alcune decine di specie. La
biologia di questi abitanti del nostro mare, è in molti casi
sconosciuta. Nell’Aprile del 1997 il gruppo di ricerca del Prof.
Francesco Zaccanti del Dipartimento di Biologia Evoluzionistica
Sperimentale dell’Università di Bologna, con il sottoscritto
come responsabile del progetto, in collaborazione con la Scuba
Schools International Italia, ha iniziato una ricerca, avente lo
scopo di chiarire gli aspetti salienti della biologia di una di
queste specie: Balanophyllia europaea, del gruppo
dei Madreporari.
Balanophyllia europaea è un corallo solitario che
colonizza, in acque poco profonde, le coste rocciose del
Mediterraneo. E’ segnalato anche lungo le coste Atlantiche della
Spagna. Nostro intento è quello di studiarne l’accrescimento,
la mortalità, la natalità, la riproduzione, in altre parole
quella che in termini scientifici è definita come la
"dinamica di popolazione".
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La prima
stazione di ricerca è stata individuata a Calafuria, noto luogo
d’immersione che si trova una decina di chilometri a sud di
Livorno. Abbiamo dapprima eseguito un monitoraggio, per conoscere
l’abbondanza e la distribuzione batimetrica di Balanophyllia
europaea in questo luogo. E’ risultato che, a Calafuria,
tale specie è distribuita dai 2 ai 12 metri di profondità, con
densità massima attorno ai 7 m, dove raggiunge punte di 140
coralli per m2. Questi dati dimostrano come B.
europaea colonizzi, in località Calafuria, solo acque
superficiali dove raggiunge densità di popolazione abbastanza
elevate. La sua distribuzione è limitata alle acque poco profonde
a maggiore illuminazione, a causa della simbiosi con le
zooxanthellae, che necessitano di luce per la fotosintesi. Questo
corallo risulta perciò essere un elemento importante del
popolamento bentonico dei primi 10 metri di profondità.
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Dal
successivo studio della riproduzione sessuale di B. europaea,
abbiamo ottenuto i primi importanti risultati. Questo corallo, a
Calafuria, è ermafrodita simultaneo; in altre parole, lo stesso
individuo produce, durante il periodo riproduttivo, sia
spermatozoi sia uova. Questa è la prima volta che in Balanophyllia
è descritta una condizione d’ermafroditismo: tutte le altre
specie dello stesso genere di cui si è studiata la riproduzione,
sono a sessi separati, vale a dire con individui maschi e femmine.
B. europaea, inoltre, nella località di Calafuria è
viviparo: in altre parole, gli adulti incubano nella cavità
interna (celenteron) gli embrioni fino a stadi di sviluppo molto
avanzati. Durante questo studio sulla riproduzione, siamo stati
anche in grado di seguire tutti gli stadi dello sviluppo
embrionale. Questi risultati saranno a breve pubblicati su una
rivista scientifica internazionale.
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Alla luce
di questi risultati, ci nasce spontanea la domanda: perché questa
Balanophyllia a Calafuria è ermafrodita, quando in altre
zone i suoi parenti più stretti sono a sessi separati? Qual è il
fattore che a Calafuria ha selezionato l’ermafroditismo? Trovare
una risposta a questa domanda non è certo semplice. In prima
istanza sarebbe interessante studiare altre popolazioni di B.
europaea in località con condizioni ambientali
significativamente differenti da quelle di Calafuria, dove poter
verificare se la condizione d’ermafroditismo è ancora mantenuta
oppure se, al contrario, è sostituita da una condizione di sessi
separati. In quest’ultimo caso sarebbe quindi interessante
comparare le condizioni del luogo dove la specie è ermafrodita,
con quelle dove è a sessi separati, per cercare di individuare il
fattore selezionante la differente condizione sessuale nelle due
zone. A tal proposito stiamo attualmente cercando una popolazione
di B. europaea nell’alto Adriatico.
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Abbiamo
comunque dei dati di densità di popolazione (numero di individui
per m2) che offrono una possibile risposta al perché Balanophyllia
è ermafrodita simultanea in località Calafuria. Lungo le
coste del Pacifico, dalla California al Canada, vive un'altra
specie del genere Balanophyllia: B. elegans.
Quest’ultima nella California centrale, dove è stata studiata,
è a sessi separati ed ha una densità di popolazione media 31
volte più elevata di quella di B. europaea a Calafuria
(563 coralli per m2 contro 18 coralli per m2).
L’elevata densità di popolazione favorisce l’incontro tra
maschi e femmine, la bassa densità di popolazione al contrario
l’ostacola, diminuendo la probabilità di successo riproduttivo.
In una situazione di bassa densità come quella di Calafuria, una
condizione d’ermafroditismo simultaneo, per la quale ciascun
individuo produce sia spermatozoi sia uova, aumenta la probabilità
che gli incontri fra le cellule germinali siano fertili,
incrementando la probabilità di sopravvivenza della popolazione.
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Negli
ultimi mesi, ci siamo impegnati nello studio della morfologia
generale del polipo di B. europaea mediante tecniche di
microscopia elettronica a scansione. Abbiamo ottenuto alcune
impressionanti immagini ad alto ingrandimento dei tentacoli con le
batterie di nematocisti urticanti, degli spermatozoi, delle uova e
dello scheletro, che qui vi proponiamo.
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Con
tecniche di microscopia elettronica a trasmissione, stiamo anche
studiando la spermatogenesi e l’ovogenesi in B. europaea.
In altre parole, vogliamo seguire, in quest’animale primitivo,
tutti gli stadi di maturazione che le cellule devono attraversare
nel trasformarsi da indifferenziate e "banali", in
elementi responsabili della nascita di un nuovo individuo.
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Infine, a
Calafuria, sono già oggi presenti dei segnali di riferimento
sommersi, che delimitano tante piccole aree a diverse profondità
sulle quali vivono individui di B. europaea. Tali individui
vengono misurati ad intervalli di 3 mesi circa. Sarà interessante
verificare se esistono tassi d’accrescimento differenti tra le
diverse stagioni e profondità ed in tal caso correlarli con
l’andamento dei parametri ambientali.
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E’
pianificato che la ricerca continui fino al 2000 compreso. Alcuni
risultati importanti sono già stati ottenuti ed altri certamente
ne verranno in futuro. Difficilmente, in questo periodo
relativamente breve, riusciremo a fare luce su tutti gli aspetti
della biologia di questo animale che riteniamo interessanti. Lo
studio degli organismi relativamente semplici, ha già dimostrato
in passato la sua importanza, nel fornire delle risposte e dei
modelli validi anche per la comprensione degli organismi più
evoluti.
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Una sezione
di uno spermatozoo di Balanophyllia europaea vista
al microscopio elettronico.
Lo spermatozoo è la cellula che porta all’uovo l’informazione
genetica maschile. Gli spermatozoi solitamente sono costituiti da
una testa, da una zona intermedia e da una coda. Nella testa sono
localizzati il nucleo della cellula, all’interno del quale vi è
la sostanza che ospita il DNA detta cromatina, e alcuni organuli
che servono alla penetrazione dello spermatozoo all’interno
dell’uovo; nella zona intermedia sono localizzati altri organuli
cellulari (esempio vescicole ripiene di sostanze di riserva,
organi respiratori), mentre la coda, dotata di movimento attivo,
serve alla cellula per nuotare.
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La testa dello spermatozoo di Balanophyllia europaea ha una forma conica ed è lunga circa 0.002
millimetri: l’apice del cono corrisponde alla parte anteriore
della cellula. All’interno di questo spermatozoo si possono
osservare alcuni organuli cellulari. Ap, è il processo
anteriore, quell’organulo che servirebbe a rompere le membrane
esterne dell’uovo affinché lo spermatozoo vi possa penetrare, chr
è la cromatina, la sostanza che è localizzata all’interno del
nucleo e che porta l’informazione genetica in quanto ospita il
DNA; lv è la vescicola lipidica, il serbatoio di benzina
della cellula, ossia una masserella di grasso che fornisce
l’energia indispensabile allo spermatozoo per vivere e per poter
nuotare nell’acqua; m è il mitocondrio, il
"motore" dello spermatozoo, il luogo dove le sostanze di
riserva vengono bruciate (il grasso di cui sopra), ossia
l’organulo dove avviene la respirazione della cellula e quindi
la produzione dell’energia chimica atta alla vita e al nuoto
dello spermatozoo; t sono le code di alcuni spermatozoi
vicini a quello in questione.
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Questa
immagine è stata pubblicata sulla rivista scientifica
internazionale edita in Germania denominata ZOOMORPHOLOGY, nel
volume 119, alle pagine 231-240; il titolo dell’articolo è
"Ultrastructural observations of the spermatogenesis of the
hermaphroditic solitary coral Balanophyllia europaea (Anthozoa, Scleractinia)" ; gli autori sono Stefano Goffredo,
Tiziana Telò e Franca Scanabissi. In questa ricerca Bologna
Scuba Team e i suoi subacquei hanno fornito il supporto
logistico alle immersioni servite per la raccolta dei campioni
analizzati.
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