La salamandra che fa la fotosintesi: l'alga vive dentro le sue cellule

Tra gli animali capaci di vere e proprie alleanze con altri organismi, la salamandra maculata (Ambystoma maculatum), un anfibio dei boschi del Nord America, occupa un posto del tutto speciale. I suoi embrioni ospitano un'alga verde che non si limita a vivere accanto a loro, ma entra letteralmente dentro le loro cellule. È l'unico caso conosciuto di simbiosi fotosintetica intracellulare in un vertebrato, una scoperta che ha costretto i biologi a riscrivere ciò che credevano impossibile.

Uova che diventano verdi

In primavera, le femmine di salamandra maculata depongono in stagni e pozze masse gelatinose di uova. Nel giro di pochi giorni, molte di queste assumono una tinta verdastra: il colore è dovuto alla presenza dell'alga Oophila amblystomatis, il cui nome significa letteralmente "amante delle uova di salamandra". Già da oltre un secolo si sapeva che alga e salamandra vivevano insieme: l'alga, attraverso la fotosintesi, produce ossigeno di cui l'embrione in crescita ha disperato bisogno all'interno della massa gelatinosa, povera di scambi gassosi; in cambio, ricava dall'embrione composti azotati di scarto, come l'ammoniaca, utili al proprio metabolismo. Un classico scambio reciprocamente vantaggioso.

La scoperta che ha cambiato le regole

La vera sorpresa è arrivata nel 2011. Il biologo Ryan Kerney e i suoi colleghi scoprirono che l'alga non vive soltanto attorno all'embrione, ma penetra nei suoi tessuti e dentro le singole cellule. Lo studio pubblicato su PNAS documentò la presenza di cellule algali all'interno delle cellule della salamandra, una condizione che nei vertebrati si riteneva impossibile: il loro sistema immunitario, di norma, distrugge qualunque microrganismo riesca a entrare nelle cellule. Eppure, nella salamandra maculata, l'alga viene tollerata.

Ricerche successive hanno mostrato che l'alga si trova già negli ovidotti delle femmine adulte: questo significa che può essere trasmessa dalla madre alla prole, passando di generazione in generazione, in un'eredità simbiotica che ricorda quella dei mitocondri o dei cloroplasti.

Carbonio dal sole all'embrione

Ma l'alga regala alla salamandra solo ossigeno, o anche nutrimento? La risposta è arrivata da uno studio sul Journal of Experimental Biology che, usando carbonio marcato, ha dimostrato come parte degli zuccheri prodotti dall'alga con la fotosintesi venga effettivamente trasferita all'embrione. È la prima prova diretta di un passaggio di prodotti fotosintetici da un simbionte a un vertebrato: in pratica, il piccolo della salamandra si nutre, almeno in parte, di energia solare catturata dall'alga che porta dentro di sé.

Una convivenza non priva di tensioni

Vivere dentro una cellula animale, però, non è facile nemmeno per l'alga. Un'analisi pubblicata sulla rivista eLife ha rivelato che le alghe intracellulari mostrano i segni di un forte stress cellulare e modificano il loro metabolismo, passando dalla normale respirazione ossidativa alla fermentazione. È il prezzo da pagare per abitare l'ambiente ostile dell'interno di una cellula vertebrata: la simbiosi, insomma, è reale ma squilibrata, e gli scienziati la studiano proprio per capire come due organismi tanto diversi riescano a coesistere a un livello così intimo.

Perché è importante

Questa minuscola alleanza tra un anfibio e un'alga affascina i ricercatori per molte ragioni. Capire come la salamandra riesca a tollerare un organismo estraneo dentro le proprie cellule, senza attivare la distruzione immunitaria, potrebbe avere implicazioni per la biologia dei trapianti e per la medicina rigenerativa. E sul piano più generale, la salamandra maculata ci ricorda che i confini tra regni — animale e vegetale — sono meno netti di quanto immaginiamo: in fondo all'acqua di uno stagno di bosco vive un vertebrato che, da embrione, sa farsi un po' pianta, sfruttando la luce del sole per crescere.

Anfibi, sentinelle dell'ambiente

La storia della salamandra maculata si inserisce in un quadro più ampio: quello della straordinaria e fragile biologia degli anfibi. Questi animali, con la loro pelle permeabile e il ciclo vitale legato all'acqua, sono tra i più sensibili ai cambiamenti ambientali e fungono da vere e proprie sentinelle della salute degli ecosistemi. La salamandra maculata dipende dagli stagni temporanei dei boschi per riprodursi, ambienti sempre più minacciati dall'urbanizzazione, dall'inquinamento e dalle alterazioni climatiche che ne modificano i tempi di formazione e prosciugamento.

La simbiosi con l'alga rende questa specie ancora più interessante dal punto di vista della ricerca. Studiare come due organismi tanto diversi abbiano imparato a convivere a livello cellulare aiuta a comprendere le origini stesse di alleanze evolutive fondamentali: secondo la teoria più accreditata, anche i cloroplasti delle piante e i mitocondri di tutte le cellule complesse nacquero, miliardi di anni fa, da antichi rapporti di simbiosi tra organismi diversi. Osservare una salamandra che ospita un'alga nelle proprie cellule è un po' come assistere, in diretta, a uno dei meccanismi che hanno reso possibile la vita complessa sulla Terra. Una buona ragione in più per proteggere gli stagni di bosco e gli umili anfibi che li abitano.