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    Alcuni animali ci offrono indizi chiave sul cambiamento climatico

    I pica – piccoli mammiferi che sembrano conigli dalle orecchie corte – si adattano perfettamente alla vita negli aspri habitat di alta montagna, e questo significa che subiscono le conseguenze anche del più piccolo cambiamento nell’ambiente in cui vivono. Questo fa di loro dei buoni bioindicatori del riscaldamento globale. Invece di trascorrere l’inverno in letargo, i pica trovano rifugio sotto i detriti rocciosi, facendo affidamento sull’isolamento del pesante manto nevoso invernale per tenere al caldo le loro tane. All’inizio del XXI secolo i ricercatori hanno iniziato a notare un calo nelle popolazioni di pica alle altitudini più basse, specialmente nelle parti più aride degli Stati Uniti occidentali. Questo è stato un campanello di allarme che ha segnalato che il clima si stava riscaldando: nel corso degli ultimi decenni, gli inverni più corti e le minori nevicate hanno portato a un precoce scioglimento del manto nevoso ogni primavera, riducendo in questo modo la copertura isolante della coltre nevosa. Questo ha reso i pica sempre più esposti alle fredde temperature primaverili in un momento in cui le loro scorte di cibo sono in esaurimento e i loro cuccioli, delle dimensioni di una noce, sono piccoli e vulnerabili. Alcuni di loro non sopravvivono.

    Specie indicatrici e specie chiave

    Il concetto di specie indicatrice differisce da quello di specie chiave, sebbene alcune specie possano appartenere a entrambe le categorie. Le specie chiave sono quelle che hanno un effetto sproporzionatamente grande sull’ambiente in cui vivono. Aiutano a preservare la biodiversità e non esiste altra specie nell’ecosistema che assolva alla loro stessa funzione. Senza di loro, l’ecosistema cambierebbe drasticamente o potrebbe persino cessare di esistere. I castori, ad esempio, sono considerati una specie chiave, in quanto costruiscono dighe che a loro volta creano habitat paludosi in cui prosperano molte altre specie.

    Le specie chiave sono fondamentali per il sostentamento del proprio ecosistema, ma possono anche non essere particolarmente sensibili alle mutazioni ambientali, caratteristica, quest’ultima, che invece contraddistingue le specie indicatrici. Alcune specie, tuttavia, appartengono a entrambe le categorie. Il frassino americano, ad esempio, può essere considerato una specie indicatrice: centinaia di milioni di frassini sono stati uccisi dalla specie invasiva del minatore smeraldino del frassino. Ma il frassino americano è anche una specie chiave perché è fonte di cibo e di habitat per decine di specie animali e garantisce un forte assorbimento degli inquinanti atmosferici. 

    Perché le specie indicatrici sono importanti

    Attraverso lo studio delle specie indicatrici, gli scienziati possono monitorare lo stato di salute di interi ecosistemi senza dover dispiegare risorse per il rilevamento di dati sulle diverse specie e zone di interesse. Il Colorado Pika Project, ad esempio, è formato da volontari che raccolgono dati sulle popolazioni di pica di tutto lo Stato. Questo consente agli scienziati non solo di capire quali popolazioni di pica sono più a rischio, ma anche di intraprendere azioni per proteggere queste popolazioni e, soprattutto, l’intero ecosistema alpino in cui sono presenti. LEGGI TUTTO

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    I metalli pesanti aumentano la potenza del morso di ragni e altri piccoli animali

    I biominerali non sono la soluzione giusta per molti invertebrati, che hanno bisogno di parti del corpo affilate e forti che possano resistere all’uso continuativo. Un pungiglione rotto, ad esempio, equivarrebbe a una sentenza di morte certa per uno scorpione. Questi animali hanno quindi sviluppato un altro modo, spiega Schofield.Un potente mix di metalli e proteine

    Per il suo studio, Schofield e i colleghi del Pacific Northwest National Laboratory e dell’Università statale dell’Oregon hanno esaminato parti del corpo di formiche, ragni, scorpioni, molluschi e una specie di verme marino. Il team ha costruito sonde in miniatura per testare le proprietà meccaniche di queste parti e analizzarle atomo per atomo.

    Hanno scoperto che i metalli pesanti, come zinco e manganese, erano distribuiti in modo omogeneo in tutte le parti del corpo di questi invertebrati, a differenza della materia presente in ossa e altri biominerali. Questa struttura atomica permette alle parti del corpo di essere più affilate e sopportare più usura rispetto alle sole proteine senza i metalli.

    I biomateriali a elementi pesanti presentano un altro beneficio in termini di risparmio di costi: secondo i calcoli del team di ricerca, per tagliare le foglie le formiche usano il 60% di energia in meno, rispetto a quanto farebbero se non avessero questa struttura anatomica.

    Schofield ha ancora molti dubbi da chiarire, come ad esempio se questi elementi naturalmente resistenti si siano evoluti in una sola volta o in più passaggi separati in diversi gruppi di invertebrati, dai crostacei ai millepiedi.

    Nel frattempo la scoperta potrebbe creare un nuovo potenziale per gli strumenti umani, afferma Crofts.

    Gli ingegneri ad esempio cercano sempre modi migliori per creare oggetti che siano piccoli ma non si rompano facilmente, come smartphone e dispositivi medici indossabili, come le pompe per insulina.

    Realizzare strumenti con questa stessa composizione atomica di proteine e metalli pesanti potrebbe portare a prodotti leggeri, forti e resistenti all’uso quotidiano, afferma Crofts: ecco un altro esempio di quanto la natura abbia da insegnare. LEGGI TUTTO

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    Che cosa determina le striature dei gatti soriani ?

    In uno studio pubblicato su Nature Communications, gli scienziati rivelano che i geni responsabili del manto tigrato del soriano si attivano nelle cellule epiteliali dell’embrione prima che la pelliccia del gatto si sviluppi. È stato riscontrato da un’analisi al microscopio che le cellule prenatali della pelle riproducono persino la tipologia delle striature: un rilevamento mai riscontrato prima, nelle cellule embrionali.Gli autori dello studio ipotizzano che questo processo genetico unico potrebbe essere la stessa espressione genica responsabile di striature e rosette nei grandi felini. Il nome “tabby” (l’inglese per “soriano”) deriva da al-‘Attābiyya, un quartiere di Baghdad dove nel XVI secolo si produceva un pregiato taffetà di seta a righe. Le striature però probabilmente sono un’eredità del diretto antenato del gatto domestico: il gatto selvatico africano.

    “Siamo soddisfatti di aver compreso qualcosa in più su questo aspetto”, afferma l’autore principale dello studio Greg Barsh, ricercatore presso l’HudsonAlpha Institute for Biotechnology, un centro di ricerca a Huntsville, in Alabama. Ma questa scoperta è interessante anche per un altro motivo, aggiunge: “La biologia utilizza meccanismi e “strumenti” che sono generalmente sempre gli stessi ed è molto raro trovare qualcosa di nuovo che non sia applicabile a molte altre situazioni. È probabile che sia così anche in questo caso”.

    I meccanismi genetici che determinano il colore e il disegno della pelliccia dei gatti domestici incuriosiscono gli scienziati da sempre. Charles Darwin, ad esempio, propose la teoria secondo cui la maggior parte dei gatti sordi fossero di colore bianco e con gli occhi azzurri. Durante la crescita, spiegava, le specie a volte acquisiscono variazioni non coerenti, come ad esempio il colore del pelo, che sono collegate ad altri cambiamenti più utili.

    Alcuni di questi cambiamenti, aggiungeva, non li notiamo nemmeno. Darwin non disponeva delle moderne nozioni di genetica, ma le sue ipotesi si rivelarono col tempo corrette: quella che descriveva è un’anomalia genetica ereditaria.

    Le cellule responsabili delle striature

    Nel quadro di un protocollo di ricerca eticamente approvato, Barsh, Christopher Kaelin – genetista presso l’Università di Stanford – e la scienziata senior di HudsonAlpha Kelly McGowan hanno raccolto quasi un migliaio di embrioni che sarebbero stati altrimenti smaltiti dalle cliniche veterinarie che si occupano di sterilizzare i gatti randagi, tra cui ci sono molte gatte incinte.

    Quando McGowan ha esaminato al microscopio le cellule epiteliali di embrioni di 25-28 giorni, ha notato che erano presenti aree di pelle più spessa intervallate da aree di pelle più sottile che sembravano ricreare un disegno che ricordava le striature tipiche dei gatti soriani.

    La scienziata è stata particolarmente sorpresa di trovare questi tratti in una fase così precoce dello sviluppo embrionale, che precede di molto lo sviluppo dei follicoli piliferi e dei pigmenti, responsabili della colorazione del manto negli animali.

    Per andare più a fondo della questione, il team ha esaminato le singole cellule epiteliali degli embrioni e ne ha rilevati due tipi diversi, ognuno dei quali presentava differenti serie di geni. Tra questi, quello che differiva di più era un gene dal nome molto elaborato: Dickkopf WNT Signaling Pathway Inhibitor 4 o DKK4.

    Osservando il modo in cui le cellule esprimevano il DKK4 negli embrioni di circa 20 giorni, gli scienziati hanno scoperto che le cellule coinvolte erano quelle che avrebbero formato le parti di pelle più spessa pochi giorni dopo.

    Barsh spiega che il gene DKK4 è anche una proteina messaggero, chiamata “molecola secreta”, che invia segnali alle altre cellule vicine, come se dicesse essenzialmente: “Tu sei speciale. Ti trovi nella zona in cui devono crescere i peli scuri”. LEGGI TUTTO

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    Il panda non è più una specie a rischio di estinzione: ma le minacce persistono

    I panda marcano gli alberi con una sostanza cerosa che secernono dalle ghiandole che hanno sotto la coda: è una modalità per comunicare e trovare partner. Ma l’abitudine dei takin di sfregarsi agli alberi per grattarsi può eliminare o ridurre le marcature odorose.Gli scienziati non hanno ancora dati definitivi sull’entità con cui i cambiamenti in atto nelle foreste influiscano sui panda, ma uno studio a lungo termine nella riserva di Tangjiahe dovrebbe fornire alcune risposte in merito, afferma Diao.

    Secondo Wang, i cinghiali cinesi possono essere ancora più di disturbo per i panda. Entrambe sono specie protette in Cina. Non esiste una stima ufficiale del numero di esemplari di cinghiale, ma pare che superino i takin, che il loro areale sia più ampio e che il loro impatto sull’ambiente sia molto più pronunciato, afferma.

    Ogni primavera, i giovani germogli di bambù rappresentano una preziosa fonte di proteine e sostanze nutrienti per i panda, soprattutto per le femmine in gestazione o in allattamento. Ma anche i cinghiali amano i germogli, e la ricerca mostra che i panda evitano di cercare il cibo nelle aree occupate dai cinghiali. Per contro, i panda sono aumentati nelle aree vicine, in cui sono presenti meno cinghiali.

    Inoltre i cinghiali sono portatori di malattie come il cimurro canino e la peste suina, che possono passare ad altre specie. “È certo che questi virus possano infettare i panda”, afferma Wang.

    E con il loro grufolio, i cinghiali danneggiano anche i raccolti, aspetto che Wang teme potrebbe ridurre il supporto agli sforzi di conservazione da parte degli abitanti dei villaggi nelle aree in cui vivono i panda.

    Il panda gigante ha pochissimi predatori naturali, e in passato animali come il leopardo delle nevi, un tipo di cane selvatico chiamato cuon e il lupo tenevano sotto controllo le popolazioni di takin e cinghiali. Ma questi superpredatori sono quasi scomparsi, secondo uno studio del 2020 di cui è coautore William McShea, ecologo e naturalista presso lo Smithsonian Conservation Biology Institute a Front Royal, in Virginia. La maggior parte sono morti a causa di bracconaggio e perdita dell’habitat, spiega McShea, che ha lavorato in Cina per oltre 20 anni e sostiene che è necessario “reimmettere questi carnivori.”

    Secondo Wang, i funzionari della fauna selvatica non hanno a disposizione dati sufficienti su takin e cinghiali per sviluppare piani di gestione volti a equilibrare le loro popolazioni e le loro esigenze con quelle dei panda.

    La Sichuan Forestry and Grassland Administration, l’ente responsabile del monitoraggio della fauna selvatica e la conservazione dell’habitat, non ha risposto alla richiesta di commenti da parte di National Geographic.

    ‘Il futuro positivo dei panda’ 

    Durante la maggior parte del XX secolo, le pellicce di panda vendute sul mercato nero internazionale hanno raggiunto prezzi altissimi: fino a 100.000 dollari (circa 85.000 euro). Nel suo libro del 1994 The Last Panda (L’ultimo panda, NdT), il naturalista George Schaller descrisse il panda come una specie afflitta da bracconaggio, perdita dell’habitat e cattiva gestione. Al tempo la sua previsione era che i bracconieri avrebbero “eliminato i panda molto prima che l’endogamia potesse rappresentare un problema”.

    Oggi il bracconaggio è raro, e il disboscamento è stato praticamente eliminato sia all’interno che all’esterno delle riserve. Schaller, ora ultraottantenne, afferma di essere molto più ottimista. Se dovesse scrivere un altro libro sul tema, afferma, sarebbe “un racconto sul futuro positivo del panda”.

    Una rete di guardiaparco dedicati al controllo della fauna selvatica ha contribuito ad arginare il declino del panda: nella provincia di Sichuan, che ospita la maggior parte dei panda presenti in natura, sono almeno 4.000 i ranger che pattugliano le 166 riserve naturali. “I guardiaparco fungono da una sorta di “tampone” tra la legge e le pratiche tradizionali”, afferma Wang.

    Inoltre i ranger assistono ambientalisti e biologi raccogliendo informazioni fondamentali sugli animali: essi infatti generalmente vivono dentro le riserve perlustrando per intere settimane consecutive le montuose foreste di bambù per controllare le telecamere nascoste e registrare il comportamento degli animali. I dati che raccolgono vengono usati per stabilire il conteggio ufficiale dei panda presenti in natura in Cina (il prossimo censimento ufficiale verrà fatto nel 2022) e definire le strategie e le ricerche volte alla conservazione. LEGGI TUTTO

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    I calamari maschi sono padri più premurosi di quello che crediamo

    “Non eravamo sicuri di cosa stesse facendo, era un comportamento che non avevamo mai osservato prima”, afferma Sampaio, studente ricercatore presso l’Università di Lisbona in Portogallo e presso il Max-Planck-Institut per il comportamento animale in Germania.Quando ha descritto quanto visto a Samantha Cheng, esperta in scienza della biodiversità presso l’American Museum of Natural History di New York, lei ha affermato di aver riscontrato lo stesso tipo di comportamento tra i maschi di calamaro di Lesson in Indonesia nel 2013. La letteratura scientifica, tuttavia, non ha mai riportato alcuna descrizione in merito riguardo a calamari, polpi o altri cefalopodi.

    In un articolo pubblicato sulla rivista Ecology, Sampaio e Cheng descrivono in dettaglio questo comportamento e spiegano la loro teoria in merito: si tratterebbe di un esempio di cura paterna, un atteggiamento mai riscontrato nei calamari. “La perlustrazione”, durante la quale il maschio esamina potenziali nidi in cui la femmina possa deporre le uova, è un comportamento comune tra le specie monogame, ma atteggiamenti simili di cura genitoriale paterna tra i cefalopodi sono estremamente rari.

    Anche se questo fenomeno non è stato compreso appieno, la scoperta potrebbe modificare le attuali conoscenze in merito alla riproduzione dei calamari: ci mostra che le dinamiche tra calamari maschi e femmine sono “molto più complesse di quanto avessimo pensato in precedenza. Abbiamo molto altro da imparare”, afferma Sampaio. 

    I calamari maschi investono nei propri geni

    Gli scienziati hanno messo a confronto il filmato di Cheng girato in Indonesia con quello di Sampaio fatto in Egitto e hanno potuto concludere che le attività di perlustrazione osservate non sono state casuali, bensì fanno parte di un comportamento intenzionale. Hanno anche notato che in alcuni casi, mentre la femmina rimaneva da sola, altri maschi si sono fatti avanti e si sono accoppiati con lei.

    Ma perché il maschio si allontana dalla partner? Anche una breve assenza consente ad altri maschi di accoppiarsi con lei. I ricercatori hanno ipotizzato che ci deve essere una buona ragione per farlo, visto che questo allontanamento può minacciare il successo riproduttivo del maschio.

    Gli scienziati non hanno potuto osservare cosa accade nella fessura in cui sparisce il maschio: potrebbe trattarsi di “attività di pulizia per assicurarsi che ci sia un buon substrato su cui ancorare le uova, verificare che non ci sia nascosto un altro maschio, o un predatore, e che sia un posto sicuro per le uova”, spiega Sampaio.

    Tutto questo suggerisce che i maschi di calamaro di Lesson investono nella trasmissione dei propri geni più di quanto si pensasse.

    Tra i calamari – e più in generale tra i cefalopodi – la femmina generalmente si occupa delle uova fino alla schiusa, le mantiene pulite con le braccia e apporta ossigeno aumentando il flusso di acqua circostante con il sifone e le braccia. Il maschio non ha alcun ruolo e in molte specie la femmina muore dopo la schiusa delle uova.

    Fernando Ángel Fernández-Álvarez, esperto di cefalopodi e ricercatore post-dottorato presso l’Irish Research Council e l’Università Nazionale d’Irlanda a Galway, afferma di essere altrettanto sorpreso da questa scoperta.

    “Non ho mai visto un comportamento del genere nei cefalopodi”, afferma Fernández-Álvarez, che non è stato coinvolto nello studio ma ritiene questa una valida scoperta. “Questi maschi [dominanti] di solito non si allontanano dalla femmina perché un altro maschio potrebbe nel frattempo accoppiarsi con lei”.

    I prossimi passi della ricerca sui calamari

    Lo studio sottolinea l’importanza di condurre ulteriori studi sui cefalopodi in natura, afferma Fernández-Álvarez.

    “La maggior parte di quello che sappiamo sul comportamento di questa specie deriva da studi condotti sugli esemplari negli acquari”, aggiunge, ed è possibile che questi ambienti artificiali siano troppo semplici affinché questi animali mettano in atto comportamenti di “perlustrazione”.

    Sampaio e Cheng stanno contattando altri scienziati per capire se i calamari di Lesson in qualche altra parte del mondo mettono in atto lo stesso comportamento in fase di riproduzione.  

    “La sfida più grande nello studio di animali che vivono in aree così diffuse è riuscire a ottenere un campione completo e rappresentativo. Unendo le forze con altri scienziati potremmo combinare tempo e risorse per una collaborazione congiunta in uno studio globale”, afferma Cheng.

    Indipendentemente da quello che verrà scoperto, non c’è dubbio che i calamari – e probabilmente altri cefalopodi – hanno modalità riproduttive più complesse di quanto immaginavamo.

    “Più impariamo sui calamari”, afferma Sampaio, “più siamo colpiti dalla loro complessità e peculiarità”. LEGGI TUTTO

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    Le ingegnose tecniche degli animali per dissetarsi

    Naturalmente la maggior parte degli animali non può trasformare il proprio corpo da un momento all’altro per raccogliere l’acqua. Ecco in che modo alcune creature soddisfano la propria sete.I diavoli spinosi recuperano l’acqua grazie alla pelle

    Nell’outback dell’Australia vive una lucertola che assomiglia più a un cactus. Conosciuti con il nome di diavoli spinosi, questi animali sono specializzati nel cibarsi di formiche, da cui ricavano gran parte dell’idratazione necessaria.

    Ma quando le formiche scarseggiano, o le condizioni meteo sono ancora più secche del normale, i rettili dispongono di un sistema di emergenza. Una rete di minuscoli canali sulla pelle spinosa raccoglie piccole quantità d’acqua e fa fluire il liquido direttamente nella loro bocca. 

    Inoltre i diavoli spinosi possono usare lo stesso sistema per estrarre il liquido dalla sabbia umida dopo la pioggia o un’abbondante rugiada. È sufficiente far arrivare la sabbia sulla schiena e lasciare che la pelle faccia il resto.

    A distanza di un oceano, nell’Africa sud-occidentale, il coleottero del deserto del Namib presenta una caratteristica simile.

    Piccole protuberanze sulla schiena del coleottero favoriscono la condensazione dell’umidità intrappolata nella nebbia mattutina. Man mano che il liquido si accumula, le goccioline aumentano di dimensione fino a quando rotolano all’indietro lungo la schiena dell’insetto raggiungendone la bocca.

    Gli scimpanzé usano strumenti per raccogliere l’acqua

    Gli scimpanzé vivono nelle foreste pluviali, ma anche nei luoghi in cui l’umidità è molto elevata, talvolta può risultare difficile trovare da bere.

    “Gli scimpanzé, come molti altri animali, non amano molto bere direttamente dai grandi specchi d’acqua”, spiega Cat Hobaiter, primatologa presso l’Università di Saint Andrews, in Scozia.

    Dopo tutto, fiumi e laghi possono ospitare i coccodrilli e pozzanghere e pozze di fango ristagnano rapidamente. La soluzione adottata da molti scimpanzé nell’Africa centrale e occidentale è realizzare appositi strumenti, come piegare una foglia a forma di cucchiaio, per estrarre l’acqua piovana fresca che si accumula nelle cavità degli alberi.

    “A un livello molto elementare, basta infilare una mano e leccare l’acqua, cosa che talvolta fanno”, spiega Hobaiter che studia gli scimpanzé nella Riserva forestale di Budongo, in Uganda. “Ma utilizzare foglie masticate e muschio come una sorta di spugna è un modo molto più efficiente di ottenere l’acqua”.

    Alcuni scimpanzé in Uganda sono stati osservati mentre utilizzavano le mani per scavare piccoli pozzi nei letti di fiumi apparentemente secchi. Anche elefanti, coyote, cavalli selvaggi e asini scavano per trovare l’acqua, talvolta arrivando a quasi due metri di profondità.

    Gli pteroclidi assorbono l’acqua 

    Gli uccelli che appartengono alla famiglia degli pteroclidi, originari di Africa e Asia, non sono in grado di realizzare strumenti, ma per loro fortuna questi parenti dei piccioni hanno ali che fungono da “tessuti” assorbenti.

    Nel fresco del mattino, i maschi volano fino a 30 km di distanza in cerca di acqua. Dopo aver soddisfatto la loro sete, questi uccelli immergono la pancia e le loro piume addominali si impregnano di acqua. Così inzuppati, tornano indietro volando fino ai loro nidi a terra, dove i pulcini usano il becco per scaricare l’acqua dalle piume del padre.

    I topi canguro del sud ovest degli Stati Uniti adottano un approccio diverso

    Questi roditori dalle dimensioni “tascabili” sopravvivono nel deserto mangiando semi di erba essiccati e fagioli mesquite, che raccolgono nelle loro guance e nascondono in cunicoli sotterranei. Poiché questi cunicoli sono più umidi rispetto alla superficie, i semi conservati possono arrivare ad assorbire fino al 30% di umidità in più rispetto a quelli all’esterno. Così, quando i roditori mangiano le loro scorte di semi, assumono contemporaneamente cibo e acqua.

    I cammelli usano il naso

    Se è vero che i cammelli sono famosi perché riescono a sopravvivere nel deserto, contrariamente alle credenze comuni, questi ungulati non conservano l’acqua nella loro gobba (o nelle due gobbe, a seconda della specie). Al contrario, nelle gobbe viene conservato un grasso ricco di energia, che permette ai cammelli di sopravvivere diversi mesi senza mangiare.

    Tuttavia, in quanto animali del deserto, entrambe le specie di cammello — il dromedario e il cammello a due gobbe — hanno altre frecce al loro arco quando si tratta di acqua. Innanzitutto, quando questi animali hanno la possibilità di bere, sono capaci di ingerire anche più di 110 litri d’acqua alla volta. In caso di necessità, i cammelli possono sopravvivere bevendo acqua salata.

    Inoltre, nel corso dell’evoluzione, i cammelli hanno sviluppato un naso che riduce la quantità di umidità persa con il respiro nelle fresche notti del deserto. Una complessa struttura di pieghe e rilievi nelle narici crea una superficie più ampia per la condensazione dell’acqua sulla pelle. In questo modo l’umidità rimane all’interno del corpo invece di essere buttata fuori con il respiro.

    Questi adattamenti per risparmiare acqua possono sembrare un po’ estremi ma, nel deserto, ogni goccia può fare la differenza tra la vita e la morte. LEGGI TUTTO

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    La straordinaria biologia del calamaro ci svela i misteri del cervello

    Ma per indagare su questo e altri misteri dei cefalopodi gli scienziati devono poter effettuare una ricerca genetica sugli esemplari, e ciò a sua volta richiede tre elementi chiave: il codice genetico completo dell’organismo, la capacità di manipolare quel codice e la capacità di far crescere l’organismo in laboratorio.Per decenni, ciò è stato possibile nei topi e in altri organismi modello classici, come le drosofile (o moscerini della frutta) e i vermi nematodi, consentendo innumerevoli progressi in biologia e in medicina. Ma i cefalopodi — con la loro miniera d’oro di stranezze evolutive — si sono dimostrati meno adatti alla ricerca genetica (e non solo a causa della famosa abilità dei polpi di scappare dalle vasche).

    Le difficoltà riscontrate dal team di Rosenthal nel modificare appena un gene in una specie di calamaro sono sufficienti per capire quante sfide comporti questo progetto.

    Operazione cefalopode

    Il primo ostacolo era sequenziare il genoma del Doryteuthis pealeii, di cui il team aveva bisogno per scoprire dove effettuare il taglio, spiega Carrie Albertin, neurobiologa del Laboratorio di biologia marina, che ha guidato il lavoro di sequenziamento genomico sui calamari. “I genomi dei cefalopodi sono grandi e complicati”, spiega la scienziata. 

    Mentre il genoma umano è formato da circa 3,2 miliardi di lettere, o basi, il genoma del calamaro consta di circa 4,5 miliari di lettere, di cui oltre la metà sono formate da sequenze ripetitive. Sequenziare quelle lettere, spiega Albertin, significa ricomporre un enorme puzzle che raffigura un cielo completamente azzurro. “Ogni volta che si sviluppa qualcosa di nuovo”, prosegue, “bisogna capire come superare qualunque bizzarra sfida la biologia ti metta di fronte”.

    Dopo un notevole sforzo per sequenziare quei miliardi di frammenti di DNA di calamaro e ricomporli assieme, la biologia ha lanciato un’altra “palla curva” al team. A differenza di altri calamari, le uova di Doryteuthis presentano uno spesso strato esterno, detto corion, che non è facile da bucare con i fragili aghi usati per iniettare nell’uovo lo strumento per l’editing molecolare CRISPR-Cas9. È una delle difficoltà della cosiddetta “operazione embrionica”: se l’ago non va abbastanza a fondo, il CRISPR-Cas9 non raggiungerà il suo obiettivo, ma se va troppo in profondità, l’uovo non si sviluppa.

    “Per anni ho fallito miseramente in questa operazione”, spiega l’embriologa del St. Mary’s College e membro del team di editing dei calamari Karen Crawford.

    Dopo molte prove ed errori, grazie alla continua fornitura di uova di calamaro dalle battute di pesca nell’Atlantico, Crawford ha trovato un sistema per utilizzare micro-forbici e creare una fessura nel corion sufficientemente grande da consentire il passaggio dell’ago, ma abbastanza piccola da richiudersi dietro l’ago e lasciare intatto l’uovo. “Sono diventata espertissima nel fare buchi”, spiega Crawford.

    Per il primo tentativo, il team ha scelto un gene responsabile della pigmentazione nei calamari. Hanno scelto proprio questo gene perché sarebbe stato facile capire il successo o meno della modifica. E ha funzionato. Nel settembre del 2020, il gruppo ha documentato nella rivista scientifica Current Biology che il gene era stato disgregato nel 90% delle cellule nel calamaro sottoposto a editing e ciò ha rappresentato un essenziale passo avanti verso la possibilità di utilizzare questo animale e altri cefalopodi per la ricerca genetica. Mentre gli esemplari non alterati erano punteggiati di cromatofori colorati, i calamari del knockout erano trasparenti come il vetro.

    Da allora, il gruppo ha sperimentato la tecnica del knockout su altri geni, spiega Rosenthal, ad esempio i due geni che permettono l’editing dell’RNA. Anche se la funzione di questo “trucco” genetico non è ancora chiara, sembra essere essenziale per i calamari: le larve che non presentano i geni preposti all’editing dell’RNA muoiono subito dopo la schiusa.

    Questa estate, il gruppo è concentrato sull’aggiunta (in inglese “knocking in”) di un gene nel calamaro per la produzione di una proteina che diventa verde fluorescente quando si lega al calcio, che scorre nell’assone all’attivazione del nervo. Combinata con il knockout della pigmentazione, questa attività potrebbe permettere ai ricercatori di osservare – letteralmente – i nervi mentre si sviluppano e iniziano a lavorare nei calamari trasparenti.

    Allevamento del calamaro

    Nonostante i progressi nella ricerca sul Dorytheuthis pealeii, e l’onorevole carriera delle specie al servizio della scienza, i calamari presentano un notevole svantaggio come organismi per la ricerca genetica: non è facile allevarli in laboratorio. “Gli esemplari adulti sono piuttosto grandi”, spiega Crawford, “e amano le acque profonde e fredde dell’oceano”.

    I Dorytheuthis catturati in natura possono essere conservati nelle vasche, ma non sopravvivono per più di qualche giorno. E anche se le uova provenienti dai calamari selvatici possono essere fecondate in laboratorio, i piccoli hanno una dieta complessa e non si possono mantenere vivi sufficientemente a lungo da riprodursi, una tappa essenziale affinché gli scienziati possano stabilire diverse linee genetiche.

    All’interno del campus del Laboratorio di biologia marina, attraversando la sala di dissezione, tuttavia, vediamo un’alternativa al Dorytheuthis fluttuare pacificamente in una vasca d’acqua in plastica trattata in modo da riprodurre l’oceano al largo delle coste del Giappone. Illuminando la vasca, Taylor Sackmar, specialista di allevamento dei cefalopodi, mostra una particolare specie di seppia, chiamata Euprymna berryi, grande come un ciottolo e trasparente – a parte gli occhi rossi riflettenti.

    Il piccolo esemplare di appena un mese è la prima generazione di discendenti di due genitori geneticamente modificati, che nuotano in vasche vicine come ravioli cinesi con i tentacoli. Sackmar sposta la luce verso la madre per evidenziare le strisce prive di colore sulla sua pelle, a indicare la mancanza di due geni responsabili della pigmentazione. Dalle sue uova, fecondate da un maschio a cui mancano gli stessi geni, sono nati figli albini e trasparenti.

    “I discendenti di questa femmina sono la punta di diamante della ricerca CRISPR”, sussurra Sackmar, come a non voler disturbare le seppie.

    A differenza dei Dorytheuthis, le uova di questa specie di seppie riescono a schiudersi, crescere fino all’età adulta e riprodursi all’interno del laboratorio. Anche se lo studio è ancora nelle fasi iniziali, Sackmar afferma che l’obiettivo del laboratorio è arrivare un giorno a fornire agli scienziati di tutto il mondo uova di calamaro ed esemplari adulti per le indagini genetiche. Il laboratorio, inoltre, sta lavorando per organizzare colture dell’intero ciclo di vita di altri cefalopodi, tra cui la Metasepia pfefferi (detta anche “seppia galleggiante”), la Sepioloidea lineolata (o “calamaro a strisce”) e il polpo californiano piccolo come una pallina da golf. “Se questo progetto decollerà come desideriamo, altri laboratori vorranno più esemplari di queste specie”, aggiunge Sackmar.Un certo numero di sfide è ancora aperto, tuttavia, per potenziare l’uso di questi cefalopodi come organismi da ricerca. Ad esempio, non è ancora possibile fecondare le uova di seppia Euprymna in vitro, quindi l’editing genetico non può iniziare fino a quando la seppia madre non decide di riprodursi. Inoltre, i calamari impiegano un tempo relativamente lungo per maturare dopo la schiusa, rallentando la ricerca.

    “Chi ama i calamari sostiene che questa sia la cosa migliore in assoluto, ma la realtà è che la strada non sarà facile”, avverte Miguel Holmgren, un altro neuroscienziato dei NIH che utilizza l’assone gigante del calamaro a scopo di ricerca.

    Moroz, il neuroscienziato della Florida, ritiene che la seppia Euprymna sia troppo semplice per rispondere alle molte domande ancora aperte sulla neurobiologia dei cefalopodi, anche se considera la ricerca “un passo davvero importante”. Grazie alla loro combinazione di complessità neurale e caratteristiche evolutive, secondo lo scienziato tutta la ricerca di base sui cefalopodi “accelererà senza dubbio la nostra comprensione del cervello, proprio come è successo con l’assone gigante del calamaro”.

    “Questi organismi sono sulla Terra all’incirca dalla fine del Paleozoico”, ovvero da 250 milioni di anni, conclude Crawford. “Hanno sicuramente molte storie da raccontare”. LEGGI TUTTO

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    Come si proteggono gli animali velenosi dal loro stesso veleno?

    “Questi veleni sono una sorta di droga naturale; qualcosa che gli animali usano per proteggersi, perché… o provoca una sensazione molto spiacevole al predatore che sta cercando di mangiarli o, nel peggiore dei casi, ne provoca la morte”, afferma Daniel Minor, biofisico presso il Cardiovascular Research Institute dell’Università della California a San Francisco.Gli scienziati credono che il pitoui testanera non produca autonomamente la tossina ma piuttosto la ricavi dai minuscoli coleotteri di cui si nutre. Si pensa che questo sia il caso anche dei Dendrobatidi, specie di rane tipiche dell’America Centrale e del Sud, nella cui pelle dai colori vivaci è presente la BTX.

    Tutto questo ci porta a un interrogativo interessante: come fanno gli animali velenosi come il pitoui testanera a non avvelenarsi da soli?

    Per decenni la teoria più accreditata è stata che uccelli e rane abbiano sviluppato canali del sodio – una parte dell’organismo indispensabile per il corretto funzionamento di nervi, cellule cerebrali e muscolari – particolarmente adattivi che sono immuni alla BTX. Dopo tutto, ci sono numerosi esempi di animali che minimizzano gli effetti delle tossine in questo modo, come la mangusta egiziana, che è in grado di sopravvivere al veleno del cobra.

    Uno studio pubblicato sulla rivista Journal of General Physiology ribalta però questa teoria.

    I ricercatori forniscono una prova del fatto che nel pitoui testanera e nei Dendrobatidi sono presenti quelle che hanno definito  “spugne assorbi-tossine”, ovvero proteine che sono in grado di assorbire le tossine mortali prima che queste causino danni.

    Trovare evidenza delle proteine “assorbi-tossine”

    Minor e i suoi colleghi hanno ricreato in laboratorio i geni responsabili dei canali del sodio del pitoui testanera e dei Dendrobatidi e li hanno iniettati nelle cellule viventi di diverse specie esposte alla BTX. Queste cellule non sono sopravvissute alla tossina, il che suggerisce che i canali del sodio di quegli animali velenosi non sono resistenti alla BTX. Tuttavia, quando gli stessi geni sono stati iniettati in rane vive di diverse specie in cui è presente la BTX, solo i Dendrobatidi sono sopravvissuti.

    “Questo ci dice che esiste qualcosa che fa da scudo e protegge i canali da questa tossina”, afferma Minor. La teoria principale fa riferimento a una proteina “a effetto spugna”, già precedentemente identificata. Nel 2019 il gruppo di ricerca di Minor aveva trovato una spugna assorbi-tossine che rende immuni le rane toro a un’altra potente sostanza tossica chiamata saxitossina. Nonostante non sia ancora stata trovata una simile sostanza né nei pitoui testanera né nelle rane velenose, questo rappresenta sicuramente un obiettivo, aggiunge Minor. LEGGI TUTTO