Anidrobiosi, radiazioni ultraviolette e riscaldamento globale: adattamenti ecologici, fisiologici, biochimici e molecolari nei tardigradi

Obiettivo del mio progetto di dottorato è stato l’identificazione di strategie adattative di tipo ecologico, fisiologico, biochimico e molecolare evolute dai viventi per tollerare l’essiccamento naturale e l’aumento di temperatura e radiazioni ultraviolette (UV) dovuti ad alterazioni della quantità di ozono troposferico e di CO2. Come organismi modello sono state usate due specie di tardigradi (Acutuncus antarcticus, specie endemica dell’Antartide, e Paramacrobiotus richtersi, specie di zone temperate) di cui sono state confrontate le risposte adattative. I tardigradi sono animali acquatici microscopici in grado di colonizzare habitat terrestri, grazie alla loro capacità di entrare in anidrobiosi, condizione fisiologica in cui la vita attiva è sospesa perché viene persa per evaporazione fino al 97% dell’acqua corporea. In anidrobiosi questi micrometazoi possono rimanere vitali per decenni ed essere in grado di tollerare stress fisici e chimici non tollerati da altri animali. L’analisi biochimica svolta su esemplari di P. richtersi seccati sperimentalmente ha evidenziato un accumulo di specie reattive all’ossigeno (ROS) durante la permanenza in anidrobiosi. Di conseguenza, è stata valutata l’attività degli enzimi antiossidanti e la quantità di glutatione durante la cinetica dell’anidrobiosi in entrambe le specie. In P. richtersi, l’attività della catalasi aumenta significativamente con l’essiccamento e diminuisce con la reidratazione. In A. antarcticus, sono l’attività della superossido dismutasi e il contenuto di glutatione a diminuire significativamente negli animali secchi e ad aumentare in quelli reidratati. Mediante la tecnica molecolare “RNA interference” sono stati silenziati geni codificanti per molecole potenzialmente coinvolte nella tolleranza all’essiccamento (enzimi antiossidanti, proteine da shock termico, acquaporine e trealosio) di P. richtersi, per comprendere il loro ruolo nell’anidrobiosi. I risultati mostrano il coinvolgimento dell’enzima glutatione perossidasi come importante sistema di eliminazione di radicali liberi. Per valutare la capacità dei tardigradi di far fronte agli stress correlati al riscaldamento globale, sono stati valutati la capacità di sopravvivenza e i tratti del ciclo vitale di A. antarcticus dopo essiccamento ed esposizione ad alte temperature e radiazioni UV. Il ciclo vitale di A. antarcticus è corto, con un output riproduttivo basso. Questi tratti vitali rappresentano una valida strategia adattativa per sfruttare appieno la breve estate antartica che offre condizioni ambientali favorevoli per crescita e riproduzione. Esemplari idratati di A. antarcticus sono in grado di tollerare alte temperature, e sia animali attivi che secchi mostrano una buona tolleranza alle radiazioni UV. Questa tolleranza è stata valutata anche irraggiando con diverse dosi di UV uova a diversi stadi di sviluppo e raccogliendo dati sui tratti del ciclo vitale di due generazioni successive. Le uova irradiate hanno mostrato un ritardo nel tempo di schiusa rispetto a quelle non irradiate. Inoltre, sono stati osservati effetti negativi sui tratti del ciclo vitale e difetti morfologici nella prole. Infine, la sopravvivenza di A. antarcticus diminuiva negli animali esposti simultaneamente alle radiazioni UV e a temperature crescenti. I risultati ottenuti su A. antarcticus sono stati confrontati con quelli presenti in letteratura o ottenuti in questa tesi (tolleranza alle alte temperature) per P. richtersi. Il mio progetto di dottorato ha permesso l’identificazione di varie strategie adattative evolute dai tardigradi per tollerare condizioni ambientali sfavorevoli, e conferma la validità dei tardigradi come organismi modello per migliorare la conoscenza scientifica sui meccanismi naturali di difesa evoluti dagli animali.