Tardigradi: la vita microscopica che sfida l’estremo

I Tardigradi, noti anche come “orsi d’acqua”, sono degli animali microscopici che sono diventati celebri per la loro incredibili caratteristiche. Questi organismi sono in grado di resistere a temperature estreme, pressioni elevate e radiazioni ionizzanti, rendendoli uno dei pochi organismi viventi in grado di sopravvivere in ambienti come lo spazio, ghiacciai e i vulcani attivi.  animali acquatici e si trovano in tutto il mondo, dai mari alle acque dolci e anche in ambienti terrestri come il muschio. Tardigrada, (Spallanzani 1777), sono tecnicamente un phylum di invertebrati protostomi celomati che comprende poco più di un migliaio di specie animali finora classificate. La forma del loro corpo ricorda quella degli orsi, infatti In inglese sono detti “water bears”, ossia “orsi d’acqua”, e “moss piglets”, cioè, approssimativamente, “maialini del muschio”.

Le foto dei Tardigradi sono molto affascinanti, infatti mostrano un animale dalle forme uniche e che sembra quasi provenire da un altro pianeta. Le dimensioni medie degli adulti possono variare da meno di 0,1 mm a 1,5 mm. Le specie marine sono incolori o bianco-grigiastre, mentre quelle terrestri o d’acqua dolce possono essere di vari colori, ad esempio arancioni, rosa, gialle, verdi o nere.

Il potere di mettere in pausa l’esistenza

Ma ciò che rende i Tardigradi veramente unici sono le loro abilità di sopravvivenza. Tornando alle foto che si possono trovare sui moss piglets, alcune li ritraggono in uno stato di anidrobiosi, con il loro corpo completamente disidratato, mentre altre immagini mostrano il loro corpo gonfio di acqua, in condizioni ambientali favorevoli. Questo mutamento delle forme è dovuto alla loro capacità di entrare in stati di quiescenza, noti come criptobiosi o anidrobiosi, processi di disidratazione reversibili in cui che consente loro di sopravvivere in ambienti estremi e in condizioni avverse come la siccità, il freddo o la mancanza di nutrimento. Durante l’anidrobiosi, l’organismo perde gran parte del proprio contenuto di acqua, diventandone praticamente privo, anche se è grado di mantenere una certa attività metabolica a un livello molto basso. In questo stato di vita “sospesa”, l’organismo può rimanere inattivo per un periodo di tempo indefinito, fino a quando le condizioni ambientali non migliorano e l’organismo può essere “riattivato” riprendendo l’acqua e tornando alla sua forma attiva. Durante questi stati di quiescenza, i Tardigradi perdono fino al 99% dell’acqua del loro corpo e il loro metabolismo rallenta fino a un punto in cui sembra quasi cessare. In questo stato, i tardigradi possono sopravvivere per anni senza acqua, cibo o aria. Quando le condizioni ambientali diventano favorevoli, i tardigradi si “risvegliano” dal loro stato di anidrobiosi e riprendono le loro normali attività biologiche.

Resistenti ai raggi X

I Tardigradi hanno dimostrato anche una notevole resistenza alle radiazioni dei raggi ionizzanti (come quelle presenti nello spazio), in particolare alla radiazione ultravioletta e ai raggi X. Si ritiene che questa resistenza sia dovuta alla loro capacità di riparare i danni al DNA e proteggere le proteine e le membrane cellulari dalle radiazioni. La scoperta della resistenza dei Tardigradi alle radiazioni ionizzanti risale ai primi anni del 2000, quando un gruppo di ricercatori espose alcuni esemplari di Tardigradi a radiazioni ionizzanti, tra cui raggi X, raggi gamma e radiazione ultravioletta. Questi esperimenti hanno dimostrato che i Tardigradi erano in grado di sopravvivere a dosi di radiazioni ionizzanti molto superiori a quelle che sarebbero letali per la maggior parte degli altri organismi. Successivamente, gli scienziati hanno cercato di comprendere i meccanismi alla base di questa resistenza. Sono stati identificati diversi fattori che potrebbero contribuire alla capacità dei Tardigradi di sopravvivere alle radiazioni ionizzanti, tra cui la presenza di proteine specifiche che proteggono il DNA e le membrane cellulari, la capacità di riparare il DNA danneggiato e la presenza di uno speciale zucchero chiamato trealosio (un disaccaride che si accumula all’interno delle cellule dei Tardigradi quando si disidratano e sembra proteggere le membrane cellulari e le proteine dalla formazione di cristalli di sale e dalla disidratazione eccessiva.

Tra le proteine specifiche che proteggono il DNA e le membrane cellulari dei Trdigradi ci sono:

1. Dsup (Damage suppressor): è una proteina esclusiva dei Tardigradi che sembra proteggere il DNA dai danni indotti dalle radiazioni ionizzanti. Gli studi hanno dimostrato che la presenza di questa proteina riduce il tasso di rottura del DNA e aumenta la sopravvivenza delle cellule dopo l’esposizione a radiazioni ionizzanti.
2. PABP (Poly-A Binding Protein): è una proteina che si lega al poli-A nelle molecole di mRNA e sembra svolgere un ruolo importante nella protezione del DNA durante la disidratazione dei Tardigradi.
3. LEA (Late Embryogenesis Abundant): sono proteine coinvolte nella protezione delle membrane cellulari e delle proteine durante la disidratazione. Le proteine LEA sono state trovate anche nei semi delle piante e sembrano svolgere un ruolo importante nella protezione dei tessuti vegetali.

In generale, le proteine dei Tardigradi che proteggono il DNA dalle radiazioni ionizzanti sembrano essere un insieme di proteine uniche e proteine presenti anche in altri organismi, che tuttavia sembrano presenti in quantità maggiori o avere funzioni specifiche nei Tardigradi, modellate ad hoc per affrontare le sfide dell’ambiente estremo in cui vivono.

Una dieta ricca di microrganismi. Non importa se vivi, morti o conspecifici

In generale, i Tardigradi sono organismi opportunistiche che si nutrono di ciò che è disponibile nel loro ambiente. Essi possono sopravvivere a lungo senza cibo, grazie alla loro capacità di entrare in uno stato di criptobiosi. Spesso, il successo evolutivo di un organismo è dovuto anche alla capacità di sapersi adattare. I tardigradi sono maestri in questo e non soltanto per loro uniche caratteristiche biologiche ma anche per la dieta. Infatti, sono in grado di nutrirsi di una grande varietà di materiali organici e sono grandi frequentatori di substrati di muschi e licheni, dove possono nutrirsi di batteri e alghe. Altro alimento preferito sono le cellule morte di piante e animali: possono nutrirsi di materiale organico in decomposizione, come foglie, fiori e altri detriti. Hanno anche una certa preferenza per piccolissimi organismi unicellulari, come i protozoi. Certe volte, quando il cibo scarseggia, i Tardigradi praticano il cannibalismo, arrivando a nutrirsi anche di altri Tardigradi. Mors tua vita mea.

Degli animali modello

Viste tutte queste qualità possiamo sicuramente affermare che i tardigradi sono animali straordinari con capacità di sopravvivenza uniche nel regno animale. Per questo motivo la loro biologia è un’importante fonte di ispirazione per lo sviluppo di nuove tecnologie. Non sorprende, quindi, che la ricerca su questi organismi estremofili susciti grande interesse nel campo della scienza spaziale, che si adopera per sviluppare nuovi materiali e tecnologie che possano proteggere gli esseri umani e la natura dagli effetti delle condizioni estreme e come queste abilità potrebbero essere utilizzate per sviluppare nuove tecnologie per la protezione dei materiali e degli esseri viventi dalle radiazioni.

Inoltre, i Tardigradi sono oggetto di interesse anche per gli scienziati che studiano l’evoluzione degli organismi e la loro diversità genetica. Sono organismi antichi che sono stati trovati in sedimenti che risalgono a oltre 500 milioni di anni fa, il che significa che possono fornire informazioni sulla storia evolutiva degli animali. Oltre a questi campi, si può citare l’interesse suscitato per chi si occupa di biologia dello sviluppo, poiché sono in grado di passare attraverso uno stadio di anabiosi (o criptobiosi) in cui il loro metabolismo si riduce al minimo e la loro attività vitale si ferma fino a quando le condizioni ambientali non migliorano. Gli scienziati stanno cercando di capire come i Tardigradi entrano in questo stato di anabiosi e come questo processo può essere applicato per migliorare la conservazione degli organismi e dei tessuti.

Insomma, i Tardigradi sono una delle forme di vita più incredibili del nostro pianeta e rappresentano un esempio eccezionale di come la natura possa produrre organismi altamente adattabili e resistenti. Il loro straordinario adattamento a condizioni ambientali estreme li rende un oggetto di studio interessante per i più disparati campi scientifici, dalla ricerca spaziale alla genetica, passando per la conservazione degli organismi e dei tessuti, tutto questo in dimensioni che difficilmente superano il centimetro e mezzo. Non stupisce, quindi, che abbiano attirato l’attenzione e l’interesse dei ricercatori di tutto il mondo, suscitando meraviglia e curiosità.

• Tardigrade protein helps human DNA withstand radiation (nature.com)
• Tolerance to Gamma Radiation in the Tardigrade Hypsibius dujardini from Embryo to Adult Correlate Inversely with Cellular Proliferation (journals.plos.org)
• The biology of tardigrade disordered proteins in extreme stress tolerance (biosignaling.biomedcentral.com)
• Radiation Tolerance in Tardigrades: Current Knowledge and Potential Applications in Medicine (researchgate.net)