Il virus dei coralli

“A lezione, quando parlo di biodiversità, mostro sempre una foto della barriera corallina… per me quella è l’immagine che incarna la biodiversità” queste sono tra le prime parole pronunciate dal Professor Lorenzo Zane, professore e ricercatore di Ecologia presso il dipartimento di Biologia dell’Università degli studi di Padova.

Lo stato delle barriere coralline di tutto il globo desta sempre più preoccupazione. Uno studio recente sembra aggiungere al noto surriscaldamento globale, un ulteriore elemento di stress per i coralli: i virus.

I Coralli

Un corallo è come un palazzo costruito a base di carbonato di calcio dagli stessi inquilini che lo abitano: i polipi. Questi piccoli invertebrati marini appartengono alla classe degli Anthozoa, una delle varie classi del phylum Cnidaria.

I nuovi palazzi vengono eretti su quelli vecchi, man mano che i coralli muoiono e altri crescono sui loro scheletri carboniosi. Si formano così costruzioni vecchie di migliaia di anni (in alcuni casi anche centinaia di migliaia) dove solo lo strato superiore è vivo e colonizzato da una florida e variopinta comunità ecologica: le cosiddette barriere coralline.

Come inquilini che si sporgono dalle finestre, i polipi tendono i propri tentacoli verso l’esterno per catturare e nutrirsi di materiale organico e piccole forme di vita portate dalla corrente marina, come ad esempio lo zooplankton.
I tentacoli però fungono anche da organi di difesa e sono provvisti di nematocisti, cellule altamente derivate che una volta urtate esplodono, scagliando nella pelle del malcapitato un pungiglione contenente una tossina.

I coralli possono essere considerati degli organismi pionieri che si instaurano in zone a bassa biodiversità e dove le risorse trofiche scarseggiano. Proprio per questo motivo, nel corso dell’evoluzione, deve essere risultato vantaggioso per alcuni di essi instaurare una simbiosi mutualistica con le zooxantelle, alghe unicellulari capaci di effettuare la fotosintesi.

Queste relazioni specie-specifiche sono quindi vantaggiose sia per il corallo ospite che per le alghe endosimbionti.

“L’acqua che i coralli filtrano, trattenendo batteri e piccoli organismi, sono povere di risorse trofiche. Il vantaggio della simbiosi con delle alghe è che, mantenendole esposte alla luce solare, esse producono risorse nutritive anche per il corallo.

Le zooxantelle, invece, traggono beneficio dall’ambiente interno offerto da cellule specializzate situate nei tentacoli dei polipi. Queste cellule, infatti, mantengono sotto controllo tutti i parametri che permettono all’alga di effettuare una fotosintesi efficiente. Inoltre, all’interno dei tentacoli, le alghe non devono preoccuparsi di essere trasportate dalla corrente lontano dalla luce del sole o diventare il pasto di qualche organismo zooplanctonico.

Sono proprio queste alghe a determinare la posizione del corallo ospite nella colonna d’acqua e il suo optimum di temperatura, in modo da svolgere al meglio la fotosintesi clorofilliana”. 

Virus e sbiancamento dei coralli

Lo sbiancamento dei coralli è un enorme problema ecologico e non vi è nessun dubbio che lo stress termico, provocato dall’innalzamento delle temperature dei mari (una delle conseguenze del surriscaldamento globale), causi questo fenomeno.

Un aumento anche di pochi gradi può arrestare la fotosintesi effettuata dalle zooxantelle, privando il corallo non solo della sua colorazione ma soprattutto della sua principale fonte di approvvigionamento, condannandolo a un lento declino.

Una recente ricerca, però, introduce un nuovo fattore da prendere in considerazione: i virus dei coralli. Un team di scienziati ha infatti condotto uno studio sulla barriera corallina di Mo’orea, nella Polinesia francese, prelevando campioni di corallo del genere Pocillopora, sia in buona salute che sotto stress termico, e quindi sbiancati.

Utilizzando delle tecniche di metagenomica, hanno estratto, amplificato e sequenziato il DNA contenuto nei campioni provenienti da sei colonie di Pocillopora, confrontando poi i genomi virali presenti alla ricerca di eventuali differenza tra coralli sani e coralli sbiancati.

I risultati della ricerca, pubblicata sulla rivista Frontiers in Marine Science, mostrano come nei coralli sbiancati vi sia una notevole presenza di grandi virus eucariotici nucleocitoplasmatici  a DNA (NCLDV) mentre essi siano praticamente assenti nei coralli sani. Questi ultimi presentano invece un’alta concentrazione di virus batteriofagi, cioè virus che attaccano i batteri e che, secondo gli autori dello studio, potrebbero contribuire a mantenere la colonia di polipi sana, liberandola da batteri nocivi.

Gli NCLDV, la cui presenza sulle barriere coralline era già nota, sono virus molto particolari, mi spiega il Prof. Zane “i virus tendono ad avere un genoma semplice, si portano dietro solo il necessario per sequestrare il macchinario replicativo delle cellule che infettano. Ma questi grandi virus, gli NCLDV, hanno un genoma molto grande e complesso, tale da arrivare alle dimensioni dei più piccoli genomi dei batteri”.

Per spiegare la notevole presenza di NCLDV nei coralli sbiancati gli scienziati propongono due ipotesi: questi grandi virus potrebbero diventare più aggressivi in risposta all’aumento della temperatura dell’acqua, che influenzerebbe il passaggio dal ciclo lisogeno a quello litico. Un aumento di aggressività di questi virus indebolirebbe la barriera corallina e la renderebbe più suscettibile allo stress termico. Se in questa ipotesi i virus sono la causa dello sbiancamento, nella seconda ipotesi essi rappresentano la conseguenza. Infatti, lo stress termico potrebbe provocare un indebolimento nei coralli tale da renderli meno efficienti nel difendersi dai NCLDV, aggravando le proprie condizioni di salute.

“Questi studi possono solo indicarci che esiste una relazione di tipo correlativo tra le condizioni della barriera corallina e questi grandi virus. Ma comprendere se gli NCLDV sono la causa o la conseguenza richiede ulteriori indagini”.

Gli autori sostengono di aver trovato traccia di un NCLDV il cui genoma non trova riscontro nelle banche dati e sarebbe dunque una nuova specie di virus dei coralli. Ma il Prof. Zane invita alla cautela: “grazie alla metagenomica gli autori dello studio hanno potuto mettere assieme migliaia di piccole sequenze virali, riscontrando la presenza di un nuovo virus. Ma per dimostrare in modo certo che sia stato trovato un nuovo NCLDV, bisognerà impiegare tecniche che producano sequenze più lunghe e complete, e queste tecniche pionieristiche esistono ma richiedono ulteriori indagini”.

La metagenomica

“La metagenomica è un insieme di tecniche che presentano dei vantaggi, soprattutto in termini di praticità, rispetto al metodo classico”.

La metagenomica è un approccio basato su tecniche genomiche moderne, inizialmente sviluppato per lo studio di comunità microbiche nel loro ambiente. Molti batteri, infatti, si sono evoluti in condizioni difficili da replicare in laboratorio (elevate pressioni e/o temperature ecc.) e presentano notevoli difficoltà a essere allevati e studiati in ambiente controllato.

“Supponiamo di dover prelevare un campione di flora intestinale, il metodo classico prevede una crescita selettiva dei microorganismi presenti su differenti terreni di coltura ma in questo modo impiegheremmo molto tempo e soprattutto vedremmo solo gli organismi in grado di crescere, perdendoci tutti gli altri” una specie di cecità che distorce la nostra visione scientifica. “Con le tecniche di metagenomica semplicemente si centrifuga l’intero campione e lo si sequenzia interamente, confrontando poi le sequenze ottenute con quelle presenti in database, come si può apprezzare in questo studio” naturalmente ciò funziona grazie a un costante aggiornamento e arricchimento di questi archivi digitali di sequenze genetiche.

Tra le sequenze ottenute, ci si è presto accorti che non si trovava solo materiale genetico virale e batterico, ma anche di organismi superiori che avevano disperso un po’ del loro DNA nell’ambiente.

La metagenomica è diventata così un approccio non invasivo per lo studio (almeno preliminare) di una comunità di viventi, all’interno di un determinato habitat: “si può semplicemente prelevare in modo del tutto non invasivo un campione di acqua o di terreno e poi scoprire quali specie sono passate di li, perdendo un frammento di epitelio oppure producendo qualche secrezione: il cosiddetto DNA ambientale” ma il Prof. Zane aggiunge “ovviamente non è un metodo privo di svantaggi. Per esempio trovare il DNA di una specie non equivale a osservarla direttamente, e la specie in questione potrebbe non trovarsi più in quel determinato habitat, al contrario del suo DNA rilasciato nell’ambiente. Inoltre, è difficile quantificare il numero di individui di una specie solo dal numero di sequenze”. Per farmi capire meglio mi fa un esempio: “se preleviamo un campione d’acqua proprio nelle vicinanze di un anemone popolato da dei pesci pagliaccio potremmo convincerci erroneamente, date le numerose sequenze di pesce pagliaccio ottenute, che ci siano moltissimi pesci pagliaccio nella zona. Invece, è un errore introdotto dalla zona dove abbiamo effettuato il campionamento”.

L’importanza della barriera corallina

Nonostante non si conosca, quindi, il legame tra virus e coralli, è innegabile che sia il riscaldamento dei mari e degli oceani il fattore che più di tutti influenza lo stato di salute di una barriera corallina. In tutto il pianeta all’aumentare delle temperature delle acque è seguito un declino delle barriere coralline, prima indicato dallo sbiancamento dei coralli e poi dalla loro vera e propria morte.

Il Prof. Zane mi ricorda l’importanza fondamentale di questi organismi “i coralli sono una specie chiave all’interno del loro ecosistema” mi spiega “infatti nonostante gli oceani siano ricchi di biodiversità, nella loro vastità presentano delle zone che sono assimilabili a dei veri e propri deserti ecologici”.

“Per esempio, la maggioranza delle specie si concentra nei pochi metri sottostanti alla superficie, la cosiddetta zona eufotica, o subito al di sotto di essa, mentre se scendiamo in profondità troviamo una colonna scura d’acqua dove la biodiversità cala drasticamente. All’interno di una zona ecologica deserta le barriere coralline creano e offrono una matrice tridimensionale dove moltissime altre specie potranno trovare cibo, riparo dai predatori e zone di nursery per i propri piccoli. I coralli sono quindi degli ingegneri ambientali che rendono possibile un hotspot di biodiversità in zone altrimenti povere di specie”.

“Le barriere coralline antiche di migliaia di anni hanno creato un teatro naturale ricco sporgenze e insenature, dove sono avvenuti fenomeni di evoluzione e co-evoluzione assolutamente unici. Pensiamo ad esempio, al famoso pesce pagliaccio”.

La formazione e la crescita di una barriera corallina sono quindi due eventi fondamentali per l’esplosione della biodiversità in zone altrimenti ecologicamente deserte. Viceversa, la loro scomparsa determina un crollo dell’intera comunità ecologica e della biodiversità.

“La biodiversità che troviamo in una barriera corallina è molto importante anche perché possiede valori estetici, culturali, ricreativi ed educazionali. Contribuisce alla nostra coscienza ecologica, senza contare che vivere in un ambiente esteticamente bello dà valore alla nostra vita. E questi sono valori impossibili da rimpiazzare”.

Ma per l’essere umano l’utilità delle barriere coralline non si ferma qui “le barriere coralline proteggono dall’erosione le zone costiere, più efficacemente di qualsiasi barriera costruita dall’uomo. Inoltre grazie alla notevole presenza di forme di vita differenti che la abitano, sono meta di grande interesse turistico e risultano essere zone molto pescose. E infine, la loro costante crescita sequestra carbonio che altrimenti sarebbe disciolto nei mari e in atmosfera”.

I polipi, piccoli invertebrati marini, e le gigantesche barriere coralline che formano, sono fondamentali per noi e per l’ecosistema. Ma questi organismi, decimati dalle ondate di calore, stanno scomparendo ad un ritmo allarmante.

“Per noi scienziati è prioritario parlare di coralli e barriere coralline in qualsiasi attività di divulgazione. Bisogna far comprendere l’estensione del problema, che è enorme”.

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