17 ottobre 2013

La luciferasi e il plancton che illumina i mari

Se avete mai trascorso una notte d’estate in spiaggia, l’avrete probabilmente passata tra birre calde, fumosi falò e banali schitarrate. Se però eravate soli o in buona compagnia potreste aver notato, nuotando nella nerezza un po’ inquietante di un’acqua calma e tiepida, delle scintille di luce accendersi tra le vostre dita, come riflessi di stelle deviati da qualche bizzarro fenomeno ottico. Se è così, potere ben dire di aver nuotato in un mare di plancton.

Plancton è una vecchia parola greca che descrive un concetto piuttosto vago. Sono plancton infatti tutti gli organismi che, incapaci di nuotare contro le correnti marine, vivono una vita alla deriva.
Di plancton ce n’è di tutti i tipi: “vegetale” (il fitoplancton, che ricava energia dal sole), “animale” (lo zooplancton, che mangia altri organismi); grande, come le meduse, o minuscolo, come i batteri.
Tutti hanno in comune l’incapacità di contrastare la spinta del mare che li trascina, ma non necessariamente una totale immobilità. Alcuni infatti si muovono in su e in giù, come ascensori, mentre altri (come i gamberetti) si muovono a scatti, un po’ a caso, in preda a istintivi riflessi di fuga. In generale, comunque, non sanno dove vanno e neanche perché ci vanno.

Incapaci di fuggire, alcuni dei pacifici piccoli componenti del plancton hanno sviluppato un metodo di difesa alternativo: la bioluminescenza, cioè la capacità di produrre luce sfruttando reazioni chimiche controllate da proteine. In pratica, quando incontrano un predatore, si illuminano.
Se non riuscite a capire come emettere luce nel buio degli oceani – proprio sotto gli occhi di chi ti vuole mangiare – possa essere di aiuto alla sopravvivenza, siete in buona compagnia.
Tuttavia, pare che l’utilità della tecnica stia nell’attirare sul luogo dell’azione animali ancora più grossi che, uccidendo i predatori, salverebbero inconsapevolmente i piccoli organismi luminosi (cit).

plancton fosforescente mare illuminato luciferasi vignetta
Illustrazione creata per biocomiche.it da Emanuele Poki. Clicca qui per vederla nel formato originale.
Una delle classi di microorganismi bioluminescenti più presenti nei nostri mari (cit) è quella dei dinoflagellati (cit), degli esserini fatti solo di una cellula e di una coda, posizionati a metà tra il regno vegetale e quello animale.
Il sistema di produzione della luce dei dinoflagellati dipende dalle notevoli doti fisiche (e chimiche) di una speciale sostanza chiamata luciferina.

La luciferina è una molecola piuttosto in carne, piena di sugosi legami chimici. Tanta abbondanza non può che esercitare una fortissima attrazione sulle altre molecole e in particolare sull’ossigeno, un elemento chimico noto per la sua irruenza e passionalità.
Quando l’ossigeno si imbatte nella luciferina, non esita a prenderla d’assalto; lei ricambia la passione senza tirarsi indietro, e i due finiscono per reagire l’uno con l’altra. L’unione spinge entrambe le molecole (e i loro elettroni) in uno stato di esaltazione fisica, un orgasmo che dura solo un istante.  Subito, infatti, l’energia che li possiede si disperde sotto forma di un raggio di luce, mentre i due piombano nella monotonia di un’unione chimica stabile. Poco dopo, anche questa si romperà, lasciando ossigeno e luciferina di nuovo liberi (cit).

Di norma, la reazione avverrebbe in maniera spontanea, ma casuale. I dinoflagellati, però, che la utilizzano come strumento di difesa, hanno la necessità di poterla controllare. Per questo entrano in gioco le altre due componenti del sistema: le proteine luciferasi e LBP.

Queste hanno due opinioni diametralmente opposte della relazione tra ossigeno e luciferina.
LBP non la vede assolutamente di buon occhio, e si comporta da madre gelosa, sequestrando la luciferina e impedendole di fare un passo senza la sua scorta. Questo, di fatto, blocca qualsiasi possibile interazione con l’ossigeno.
La luciferasi invece considera la passione tra i due un sogno romantico frustrato, e cerca in tutti i modi di facilitarlo.

Teatro della vicenda che vede come protagoniste le quattro molecole è lo scintillone, una versione luminescente delle classiche palline cave fatte di grasso – le vescicole – presenti in tutte le cellule del mondo.
Fin quando il dinoflagellato fluttua indisturbato per i mari, all’interno dello scintillone la LBP si tiene la luciferina ben stretta, e impedisce qualsiasi colpo di mano da parte della luciferasi.
Ma al primo brusco spostamento d’acqua (presumibilmente causato da un predatore in avvicinamento), il dinoflagellato viene scosso da brividi di panico che si trasmettono a tutto il suo corpo, incluso lo scintillone. Il sommovimento innesca nella vescicola una cascata di eventi che termina con il rilascio da parte di LBP della luciferina, oramai libera. Della ghiotta opportunità approfitta subito la luciferasi, che organizza e addirittura ospita a casa sua un tête-à-tête romantico tra i due (cit). L’incontro si svolge secondo copione: prima la passione e la scintilla di luce; poi la noia e, infine, la separazione.

Visto dall’esterno, l’intero dramma si riduce solo al bizzarro spettacolo di un dinoflagellato che, disturbato dalle bracciate di un bagnante o dall’elica di una barca, si illumina senza una ragione.

P.S. La varietà di forme e geometrie del plancton è stupefacente. Rifatevi gli occhi scorrendo le foto che biocomiche ha raccolto per voi.

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