I tardigradi, popolarmente conosciuti come orsi acquatici, hanno affascinato gli scienziati sin dalla loro scoperta alla fine del XVIII secolo. Queste creature microscopiche sono alcuni degli animali più resistenti che esistano. Alcune specie possono sopravvivere in condizioni ambientali estreme che ucciderebbero rapidamente la maggior parte degli esseri viventi, come temperature e pressioni molto alte o molto basse, mancanza di ossigeno e cibo o disidratazione. Si è visto anche che sono in grado di sopravvivere nello spazio, al di fuori dell’atmosfera terrestre.
Da decenni anche gli scienziati lo sanno la sorprendente capacità dei tardigradi di resistere alle radiazioni. Nel 1963 alcuni ricercatori francesi scoprirono che questi animali sopravvivevano ai raggi X, e più tardi si scoprì che potevano sopportare una dose di radiazioni ionizzanti mille volte superiore a quella letale per l’uomo. Tuttavia, i meccanismi che utilizzano per sopravvivere erano sconosciuti.
Recentemente due studi hanno rivelato un nuovo aspetto di questi animali microscopici, che usano per contrastare gli effetti delle radiazioni: hanno una straordinaria capacità di riparare il suo DNA.
Entrambi i gruppi di ricercatori hanno studiato i tardigradi della specie Hypsibius esemplaris (formalmente conosciuto come H.dujardini) a coloro che sono stati irradiati con raggi gamma per vedere come hanno risposto. Le radiazioni sono generalmente letali perché rompe la struttura del DNA, direttamente o modificando altre molecole all’interno delle cellule che finiscono per frammentare il materiale genetico.
Negli esseri umani, l’esposizione a livelli molto elevati di radiazioni come quelle prodotte in un’esplosione atomica, oltre agli effetti immediati come ustioni o sindrome acuta da irradiazione, può avere conseguenze a lungo termine per la salute, come il cancro o le malattie cardiovascolari.
Negli ultimi anni sono stati individuati diversi studi proteine specifiche dei tardigradi che li aiutano a far fronte alla disidratazione e alle radiazioni ionizzanti. Uno di questi è una proteina che si lega al DNA, chiamata Dsup. È stata scoperta nel 2016 da ricercatori dell’Università di Tokyo che hanno anche dimostrato che, quando la Dsup veniva introdotta nelle cellule umane in coltura, queste diventavano più resistenti ai raggi X. Tuttavia, questa proteina è stata isolata solo in due specie di tardigradi. della superfamiglia Hypsibioidea e, pertanto, non può costituire un meccanismo di protezione generale.
Ora gli scienziati hanno fatto un ulteriore passo avanti nella comprensione dei meccanismi che queste creature utilizzano per sopravvivere alle radiazioni. Nel primo studio, pubblicato a gennaio sulla rivista ‘eLife’, i ricercatori del Museo Nazionale di Storia Naturale di Francia guidati da Anne de Cian e Jean-Paul Concordet, l’hanno visto I raggi gamma frammentano il DNA dei tardigradi, ma questi sopravvivono.
I ricercatori hanno confrontato i modelli di espressione genetica di tre specie di tardigradi esposte alle radiazioni, H. esemplaris, Acutumcus antartico E Paramacrobiotus fairbanksi (quest’ultimo non ha Dsup), e hanno rilevato che tra i geni che vengono attivati più fortemente in risposta alle radiazioni ce ne sono molti coinvolti nella riparazione del DNA. Hanno anche scoperto un nuovo gene specifico dei tardigradi che hanno chiamato TRD1 e che codifica per una proteina che si lega al DNA formando grandi aggregati, che secondo loro agirebbero per preservare la struttura dei cromosomi fino alla riparazione del DNA.
Nell’altro studio, pubblicato in aprile su Current Biology, Courtney Clark-Hachtel e i suoi collaboratori dell’Università della Carolina del Nord hanno confermato che i tardigradi della specie H. esemplaris Subiscono danni al DNA dopo essere stati irradiati, ma questi vengono riparati. Gli scienziati hanno scoperto che l’irradiazione produce una rapida attivazione di molti geni riparatori del DNA e che il loro livello di attivazione è molto elevato. Secondo i ricercatori, L’elevata espressione di questi geni sarebbe sufficiente a proteggere i tardigradi dalle radiazioni.
Molte specie di animali utilizzano questi tipi di geni per riparare i danni al DNA. Negli esseri umani, ad esempio, ogni giorno si verificano dozzine di rotture nei filamenti del DNA che di solito vengono riparati. Ma Ciò che sorprende nei tardigradi è l’alto livello di attivazione di questi meccanismi e, quindi, il suo studio è rilevante perché potrebbe fornire indizi per curare malattie come alcuni tipi di cancro causati da danni al DNA.
Perché resistono alle radiazioni?
Come potrebbero i tardigradi aver sviluppato questo? capacità sorprendente far fronte alle radiazioni se non vi sono normalmente esposti? Potrebbe essere una coincidenza e che gli stessi meccanismi che consentono loro di resistere alle radiazioni si siano evoluti per proteggere il DNA da altre situazioni avverse?
Il ricercatore Jean-Paul Concordet ne è convinto La risposta potrebbe essere trovata nella disidratazione. La mancanza di acqua liquida provoca il collasso cellulare e, come le radiazioni, frammenta anche le catene del DNA. In qualche modo, i tardigradi utilizzerebbero gli stessi geni e proteine per la riparazione del DNA per evitare ulteriori danni in entrambe le situazioni.
Per comprendere meglio l’origine evolutiva dei tardigradi e gli adattamenti che consentono loro di prosperare in condizioni estreme richiederanno ulteriori studi approfonditi. Ad oggi sono stati sequenziati i genomi di due specie (Hypsibius esemplaris E Ramazzottius varieornatus), che hanno rivelato che i tardigradi sarebbero più strettamente imparentati con i nematodi che con gli artropodi. Con i primi condividono la perdita degli stessi cinque geni Hox. La maggior parte degli animali bilaterali possiede dieci gruppi con diversi di questi geni, che svolgono un ruolo cruciale nello stabilire il piano corporeo durante lo sviluppo embrionale.
Invertebrati che camminano lentamente
I tardigradi sono estremamente piccoli – solitamente meno di un millimetro – e non sbaglieremmo se dicessimo che affascinano sia il bambino che li osserva per la prima volta, sia il naturalista esperto. Per osservarli basta immergere un po’ di muschio nell’acqua e osservarlo per qualche ora al microscopio.
Questi curiosi animali a otto zampe furono descritti per la prima volta nel 1773 dallo zoologo tedesco Johann August Ephraim Goeze, che Li chiamò ‘kleiner wasserbär’, che in tedesco significa ‘orsi d’acqua’, per il suo caratteristico modo di camminare. Non hanno però nulla a che vedere con i mammiferi: sono invertebrati ecdisozoi insieme ai vermi nematodi e agli artropodi (insetti, ragni e crostacei), con i quali condividono il fatto di avere una cuticola esterna o esoscheletro da cui più volte nel corso della loro vita, in mute successive, man mano che crescono. La loro andatura gli valse anche il nome di tardigrado nel 1777, che significa “andatura lenta” e che dobbiamo al naturalista italiano Lazzaro Spallanzani.
Si trovano praticamente in tutti gli ecosistemi del pianeta, dalle profondità marine alla cima dell’Himalaya e sia nelle foreste tropicali che nei ghiacci dell’Antartide. Al momento Conosciamo circa 1.300 specie. La maggior parte sono d’acqua dolce, ma sono stati descritti anche più di un centinaio di esemplari marini. E, in generale, sono abbastanza abbondanti: in un litro di sedimento se ne trovano circa 25.000 individui.
Vivono normalmente in ambienti umidi.come i muschi e i licheni, ma ci sono quelli che vivono in quelli più asciutti, purché trattengano un po’ di umidità attorno a sé per poter respirare attraverso lo scambio di gas su tutta la superficie corporea, poiché non hanno organi respiratori.
I tardigradi Sono ovipari. Alla nascita sono poco più grandi di un granello di polline (0,005 mm) e gli adulti delle specie più grandi possono raggiungere 1,2 mm di lunghezza, ma in genere la maggior parte non supera il mezzo millimetro. Il suo corpo tozzo, a forma di botte, è costituito da una testa e quattro segmenti (tre sul corpo e uno caudale), ciascuno con un paio di zampe che terminano con da quattro a otto artigli.
Questi sono organismi eutelici, cioè loro Gli individui della stessa specie hanno esattamente lo stesso numero di cellule quando raggiungono la maturitàe hanno un sistema nervoso costituito da un cervello dorsale collegato ad un cordone nervoso ventrale con un ganglio in ciascun segmento da cui emergono fibre nervose verso le gambe.
I tardigradi si nutrono di alghe e cellule vegetali che praticano con gli stiletti dei fori nella loro bocca tubolare, ma esistono anche carnivori, e alcuni si nutrono addirittura di altri tardigradi più piccoli. A seconda della specie, Possono vivere dai tre mesi ai due annisenza contare i periodi trascorsi in stato di latenza.
Le loro dimensioni microscopiche li rendono difficili da identificare nella documentazione fossile. E sebbene tardigradi di 90 milioni di anni fa siano stati trovati intrappolati nell’ambra del periodo Cretaceo, si ritiene che questo gruppo di animali abbia avuto origine molto prima, circa 500 milioni di anni fa, nel Cambriano, da un antenato lobopode più grande.
Come impediscono alle loro cellule di collassare?
La resistenza dei tardigradi alle condizioni estreme è sorprendente. Si ritiene infatti che siano sopravvissuti a tutte e cinque le estinzioni di massa avvenute negli ultimi 540 milioni di anni. Fu lo Spallanzani a scoprire che erano resistenti all’essiccamento. In situazioni avverse, come la mancanza d’acqua o sbalzi improvvisi di temperatura e salinità, i tardigradi riducono il loro contenuto di acqua. fino all’1% e il loro metabolismo fino allo 0,01% del normale, ed entrano in uno stato di latenza, chiamato tun, in cui possono sopravvivere per diversi anni, anche un decennio.
Sebbene si presumesse che la resistenza all’essiccazione potesse essere dovuta allo zucchero trealosio, come avviene in altri organismi, come il lievito, i tardigradi non producono questo disaccaride in quantità sufficiente per far fronte ad esso. Al contrario, si è scoperto che, sia in condizioni normali che in risposta alla disidratazione, sintetizzano una grande quantità di proteine intrinsecamente non strutturate, un tipo di proteine senza una struttura tridimensionale predeterminata che possono adottare diverse configurazioni per adattarsi alle mutevoli condizioni ambientali. Alcuni di essi sono specifici dei tardigradi e si ritiene che mantengano l’integrità delle membrane cellulari, prevenendo danni strutturali quando vengono reidratate, e formino anche una matrice vetrosa che proteggerebbe il contenuto delle cellule.
Nello stato di tun i tardigradi Possono sopportare anche pressioni estremamente basse (vuoto) e pressioni molto elevate., sei volte la pressione nella Fossa delle Marianne. E sopravvivono sia a temperature estremamente basse (vicine allo zero assoluto -273 ºC per pochi minuti, -200 ºC per giorni e -20 ºC per diversi decenni), sia alcune specie, anche a temperature molto elevate, 150 ºC, per pochi minuti .
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