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I tardigradi e i cambiamenti climatici. Uno studio internazionale di Unimore sul comportamento di questi piccoli animali resistenti

La rivista Journal of Experimental Biology ha recentemente pubblicato un importante lavoro scientifico (http://jeb.biologists.org/content/early/2017/12/13/jeb.160622 ) frutto degli studi condotti presso il laboratorio di Zoologia Evoluzionistica da un gruppo di ricercatori Unimore, coordinato dalla prof.ssa Lorena Rebecchi, comprendente anche il prof. Roberto Guidetti, la borsista Ilaria Giovannini del Dipartimento di Scienze della Vita e la ricercatrice dott.ssa Tiziana Altiero del Dipartimento di Educazione e Scienze Umane.

Lo studio ha cercato di dare una risposta alla possibilità di sopravvivenza ai cambiamenti climatici dei tardigradi antartici.

I dati raccolti e pubblicati dai ricercatori modenesi hanno consentito di evidenziare come i tardigradi abbiano una buona resistenza ai cambiamenti climatici, ma l’effetto combinato degli stress potrebbe causare una riduzione delle popolazioni se questi cambiamenti fossero molto elevati e di lungo periodo.

Tuttavia, supponendo che i cambiamenti climatici globali procedano gradualmente, i tardigradi – fanno sapere i ricercatori Unimore - così come molti altri organismi antartici, potrebbero avere il tempo e la capacità di adattarsi alle nuove condizioni ambientali, sempre che l’ambiente circostante non si trasformi così radicalmente da non riuscire più a mantenere l’habitat adatto per la loro sopravvivenza”.

Lo spunto per lo studio dei ricercatori Unimore è partita dal presupposto che i cambiamenti climatici, quali aumento della temperatura e delle radiazioni UV, hanno un impatto notevole sugli ecosistemi, soprattutto su quelli antartici che sono sensibili anche a piccole variazioni delle condizioni ambientali.

In ambienti estremi quali quelli antartici, i tardigradi sono assai diffusi ed abbondanti . Questi animali, detti anche orsetti d’acqua per il loro aspetto pacioso, sono microscopici (< 1 mm), hanno otto zampe con le quali si muovono su muschi e licheni di cui si nutrono attraverso due stiletti appuntiti che gli escono dalla bocca. I tardigradi riescono a vivere alle basse temperature dell’Antartide, che possono scendere fino a -60°C, grazie alla loro capacità di congelarsi o seccarsi insieme al substrato in cui vivono per poi tornare attivi quando le condizioni ambientali ritornano idonee. Quando sono secchi, il loro metabolismo è sospeso e in questo stato fisiologico, detto anidrobiotico, sono in grado di resistere a temperature più elevate di quella di ebollizione dell’acqua, a temperature vicine allo zero assoluto (-253°C), a forti radiazioni ionizzanti, al vuoto assoluto e a pressioni inimmaginabili.

Ma quando questi animali sono attivi, non sono secchi, - si sono domandati i ricercatori Unimore - qual è la loro capacità di resistenza ? Riusciranno a sopportare il riscaldamento del loro ambiente e l’aumento delle radiazioni UV dovute al buco dell’ozono presente sull’Antartide?

Per rispondere a queste domande i ricercatori del laboratorio di Zoologia Evoluzionistica del Dipartimento di Scienze della Vita di Unimore, hanno esposto in laboratorio animali attivi e animali secchi della specie Acutuncus antarcticus raccolti in Antartide ed allevati a Unimore, a temperatura e radiazioni ultraviolette elevate.

La specie oggetto di studio è composta da sole femmine che si riproducono per partenogenesi (le uova cioè si sviluppano senza essere fecondate). I ricercatori hanno prima sottoposto gli animali e le loro uova ai singoli stress e poi a stress combinati (alta temperatura + UV). Da questi esperimenti è emerso che gli animali sopravvivono bene ai singoli stress, ma gli stress combinati hanno un’azione sinergica negativa riducendo leggermente la sopravvivenza.

Sorprendentemente quando gli animali secchi sono sottoposti ad entrambi gli stress, come avviene in natura, la loro sopravvivenza cala più di quella degli animali in stato attivo. “Probabilmente – spiegano i ricercatori Unimore - a causa del fatto che quando sono attivi riescono a riparare in breve tempo i danni causati alle molecole (es. danni al DNA causato dagli UV), mentre in stato anidro i danni si accumulano ed una volta riattivati gli animali non sono più in grado di ripararli”.

Uova abortive e neonati con malformazioni sono stati osservati nelle generazioni ottenute a partire da uova all’inizio dello sviluppo embrionale ed esposte ad alte dosi di radiazioni UV. I danni al DNA causati dai raggi ultravioletti non sono riparati dagli embrioni precoci, mentre sono facilmente riparati dagli embrioni al termine dello sviluppo embrionale e prossimi alla schiusa delle uova.

La ricerca è parte di due studi finanziati dal Programma Nazionale Ricerche in Antartide (MIUR) condotti da ricercatori del Laboratorio di Zoologia Evoluzionistica, coordinato dalla prof.ssa Lorena Rebecchi: “Risposte adattative fisiologiche, biochimiche e trascrittomiche all’aumento delle radiazioni ultraviolette e della temperatura in organismi della meiofauna antartica: un cammino dai geni all’organismo” e “Storia evolutiva e filogeografica degli organismi antartici e risposte degli ecosistemi a variazioni climatiche ed ambientali” (Coordinatore unità locale- R. Guidetti-UNIMORE).

LORENA REBECCHI 

Nasce il 20 aprile 1962 a Carpi (Modena). Ha conseguito la laurea in Scienze Biologiche nel 1986 a pieni voti (110/110) e lode presso Unimore,  completando poi il Dottorato di Ricerca in Biologia Animale all’Università di Bologna nel 1992 con una tesi su “Biologia Riproduttiva nei tardigradi”. Sempre nel 1992 ha ottenuto un Master in “Metodologia nella ricerca di laboratorio” a Unimore, dove tra il 1994 ed il giugno 1995 ha ricevuto una Borsa di studio post-dottorato per un progetto su “Ultrastruttura ed evoluzione dei gameti maschili nei tardigradi”. Ricercatore universitario dal 1995, dal settembre 2001 è professore associato di Zoologia presso il Dipartimento di Scienze della Vita di Unimore. La principale attività di ricerca di Lorena Rebecchi è la biologia evoluzionistica. I suoi interessi di ricerca si sono rivolti su diversi aspetti di biologia dei metazoi, integrando ricerca sul campo e sperimentazione di laboratorio. Le principali linee di ricerca riguardano l’evoluzione di strategie adattative in micrometazoi di ambienti stocastici e ostili alla vita (compresi habitat polari), sia a livello ecologico che molecolare, con speciale enfasi sulla coevoluzione della dormienza (criptobiosi e diapausa) e tratti del ciclo vitale nei tardigradi, l’evoluzione delle strategie riproduttive (anfimissi, autofecondazione, partenogenesi) e spermatologia comparata, dove le caratteristiche ultrastrutturali degli spermatozoi sono utilizzate per analizzare le relazioni filogenetiche tra i vari taxa di tardigradi e, inoltre, sistematica e filogenesi dei tardigradi valutate integrando dati morfologici e molecolari. I suoi interessi scientifici si sono rivolti anche verso altri gruppi animali, quali i chironomidi stenotermi, gli anfibi pletodontidi, le talpe, la fauna cavernicola e i microartropodi del suolo. Queste attività di ricerca vengono condotte assieme al suo gruppo di ricerca presso il Dipartimento di Scienze della Vita di Unimore. Per lo sviluppo di queste ricerche L. Rebecchi ha contribuito ad allestire il laboratorio di Zoologia Evoluzionistica, ben equipaggiato con attrezzature e strumenti per indagini ecologiche, fisiologiche e molecolari.  Lorena Rebecchi ha allacciato importanti rapporti di collaborazione con colleghi di molte università italiane e straniere e con varie istituzioni di ricerca. Tra queste, il British Antarctic Survey (Cambridge, UK) e la University of North Carolina at Chapel Hill (USA). L’attività di ricerca di L. Rebecchi è documentata da 103 pubblicazioni scientifiche, compresi 7 capitoli di libri, 90 lavori pubblicati su riviste con Impact Factor (diverse delle quali di qualità particolarmente alta quali, ad esempio, PNAS, Current Biology, Plos One, Molecular Phylogenetics & Evolution, Zoological Journal of the Linnean Society, Zoologica Scripta, Molecular Ecology and Resources, Journal of Experimental Biology) e 13 lavori su riviste nazionali. 

Articolo pubblicato da: Ufficio Stampa Unimore - ufficiostampa@unimore.it