Gli strani comportamenti dei warnowiids

Scrutando nella struttura simile ad un occhio di un dinoflagellato, unicellulare marino planctonico chiamato warnowiids, si sono trovati molte delle componenti di un occhio complesso.

Nel plancton marino unicellulare, un microbo predatore, ha una macchia viola scuro conosciuta come un ocelloide. Assomiglia all'occhio multicellulare di animali, tanto che in origine era  stato scambiato per una parte di un animale che questo dinoflagellato aveva mangiato.

 Brian Leander e Patrick Keeling (Canadian Institute for Advanced Research) hanno supervisionato l'autore Greg Gavelis (Università della British Columbia) , in collaborazione con  Curtis Suttle, dimostrando che questa struttura oculare,contiene un insieme di sub-organelli cellulari che sembrano molto simili a lenti, della cornea, dell'iride e della retina degli occhi multicellulari in grado di rilevare gli oggetti - noti come gli occhi della telecamera - che si trovano in esseri umani e altri animali più grandi.

I ricercatori hanno raccolto singole cellule di warnowiids al largo delle coste di BC e del Giappone, sequenziato i loro genomi, e analizzato come sono costruiti gli occhi,  utilizzando nuovi metodi di microscopia elettronica che permettono la ricostruzione di strutture tridimensionali a livello subcellulare.

Hanno scoperto che uno strato di mitocondri interconnessi, organelli che forniscono energia alle cellule, circondano una lente robusta che costituisce l’equivalente di una cornea del warnowiids. Inoltre, una rete di plastidi interconnessi, originati da un antica simbiosi con alghe rosse, irradiano dal corpo retinico.

I plastidi hanno il loro genoma e sono responsabili per la raccolta di energia dalla luce in piante fotosintetiche e alghe. Gli scienziati hanno determinato che il corpo retina, di questi ocelloidi, contengono un genoma plastidio, suggerendo che i componenti di questo macchinario raccolta luce, possono essere adattati per utilizzare il rilevamento di luce per funzioni sensoriali anziché acquisire energia.

Non si sa esattamente come i warnowiids

Warnowiids

utilizzano la struttura simile ad un  occhio, ma indizi circa il modo in cui vivono hanno alimentato speculazioni convincenti.  Solo i warnowiids cacciano altri dinoflagellati, molti dei quali sono trasparenti. Hanno grandi nematocisti, che Leander descrive come "piccoli arpioni," per la cattura di prede. E alcuni hanno anche un pistone - un tentacolo che può estendersi e rientrare molto rapidamente - con una funzione sconosciuta che potrebbe essere utilizzato per la fuga o l'alimentazione.

Il team ipotizza che le strutture oculari simili aiutano i warnowiids ad individuare la loro preda costituita da altri dinoflagellati e inviano messaggi chimici per comunicare con le altre parti della cellula. I dinoflagellati hanno una unica grande nucleo, fitto  di cromosomi, che possono cambiare la polarizzazione della luce che passa attraverso di loro. Una possibilità potrebbe essere che i warnowiids  sono in grado di rilevare il cambiamento di orientamento della luce che passa attraverso la loro preda trasparente, mostrando loro in quale direzione andare a caccia.

"L'organizzazione interna del corpo retinico ricorda i filtri polarizzatori delle lenti delle macchine fotografiche e degli occhiali da sole,- aggiunge Leander- con centinaia di membrane fitte allineate in parallelo."

La prova definitiva di come funzionano  gli ocelloidi resta inafferrabile, per ora, perché i warnowiids sono molto difficili da trovare e non sono mai state coltivati in laboratorio. Il team ha sormontato il problema conducendo le indagini sulle cellule singole, isolate dalla natura. Questo  lavoro getta nuova luce su come molti organismi diversi possono evolvere tratti simili, in risposta al loro ambiente, un processo noto come evoluzione convergente. Strutture oculari simili  si sono evolute indipendentemente molte volte in diversi tipi di animali e alghe con capacità variabili per rilevare l'intensità della luce, la sua direzione, o gli oggetti.

"Quando vediamo come una simile complessità strutturale ,-  spiega Leander- appartiene a livelli di organizzazione fondamentalmente diversi e a stirpi che sono molto lontanamente legate le une alle altre, in questo caso i warnowiids e gli animali, allora si ottiene una comprensione più profonda della convergenza".

"Il progetto è stato facilitato, - ribadisce Leander- combinando le diverse competenze trovate nei tre laboratori di compagnie,come la CIFAR e la Tula ". Questi erano rispettivamente i Suttle Lab che si concentrano sui virus marini, il Keeling Lab incentrato sulla genomica comparativa e il Leander Lab che si  concentra sulla morfologia evolutiva. Keeling, Suttle e Leander sono tutti parte del programma integrato di CIFAR, sulla biodiversità microbica.

I dinoflagellati rappresentano un gruppo di eucarioti unicellulari con la diversità e la complessità senza precedenti nelle caratteristiche morfologiche. Il phylum tutto particolare dei dinoflagellati è stata dimostrato in modo convincente, ma le interrelazioni tra diversi gruppi di dinoflagellati rimangono ancora in gran parte irrisolti. I dinoflagellati Warnowiids sono tra i più notevoli eucarioti conosciuti per il possesso di sistemi ultrastrutturali altamente elaborati: pistoni, nematocisti e ocelloidi. Organelli complessi come questi sono innovazioni evolutive che si trovano solo in alcuni dinoflagellati senza teca. Inoltre, la tassonomia dei warnowiids è estremamente confusa e illazioni sulla storia evolutiva di questo gruppo sono impantanati dall'assenza di dati filogenetici molecolari da qualsiasi membro del gruppo. Con questo studio, sono disponibili i primi dati filogenetici molecolari per i warnowiids , accoppiati con una revisione delle caratteristiche morfologiche warnowiid al fine di formulare un quadro ipotetico per comprendere l'evoluzione dei caratteri all'interno del gruppo. Questi dati ci hanno permesso anche di valutare la relazione evolutiva (s) tra i warnowiids e l'altro gruppo di dinoflagellati con organelli complessi: i polykrikoids.