Pesci di ghiaccio antartici: i vertebrati dal sangue trasparente

Nelle acque gelide dell'Oceano Antartico, dove la temperatura sfiora i meno due gradi, nuota un animale che sembra sfidare le regole della biologia dei vertebrati: i pesci di ghiaccio della famiglia Channichthyidae. Sono gli unici vertebrati adulti conosciuti al mondo a vivere senza emoglobina, la proteina rossa che trasporta l'ossigeno nel sangue di tutti gli altri animali con uno scheletro interno. Il risultato è sorprendente: il loro sangue è biancastro, quasi trasparente, una rarità assoluta che gli è valsa il soprannome di pesci dal sangue bianco.

Una scoperta tra i ghiacci del 1928

La storia di questi animali comincia nel 1928, quando il biologo norvegese Ditlef Rustad catturò un pesce insolito al largo dell'Isola Bouvet, nell'Atlantico meridionale. Aprendolo, rimase stupito nel non trovare traccia di colore rosso: il sangue era incolore. Lo soprannominò "pesce coccodrillo bianco". Ci vollero alcuni decenni perché il fenomeno fosse studiato a fondo: nel 1954, il fisiologo norvegese Johan Ruud pubblicò sulla prestigiosa rivista Nature l'articolo "Vertebrates without erythrocytes and blood pigment", confermando che questi pesci sono privi sia di globuli rossi sia di pigmento respiratorio. Era la prima conferma scientifica di un vertebrato senza emoglobina.

Oggi la famiglia Channichthyidae conta 16 specie riconosciute, tutte endemiche delle fredde acque australi. Approfondimenti divulgativi sono disponibili su Scientific American e nelle pagine dello Smithsonian Ocean.

Come si sopravvive senza emoglobina

Vivere senza la proteina che trasporta l'ossigeno sembra impossibile, eppure i pesci di ghiaccio ci riescono grazie a una combinazione di adattamenti. Il loro sangue trasporta l'ossigeno unicamente disciolto nel plasma, una soluzione molto meno efficiente: la capacità di trasporto dell'ossigeno per unità di volume è inferiore al 10 per cento rispetto a quella dei parenti dal sangue rosso, gli altri pesci notothenioidi antartici.

Per compensare, l'evoluzione ha rimodellato il loro corpo. Questi pesci hanno sviluppato un cuore enorme, con una gittata sistolica molto elevata in rapporto alla taglia, un sistema vascolare più ampio e modifiche nella densità e nella morfologia dei mitocondri. Il sangue, inoltre, è molto fluido e poco denso, perché privo di cellule. A favorire il tutto interviene l'acqua gelida: a basse temperature l'ossigeno si scioglie più facilmente, e il metabolismo rallentato dei pesci richiede meno ossigeno.

I pesci di ghiaccio non sono un capriccio della natura, ma il risultato di milioni di anni di evoluzione in uno degli ambienti più estremi e stabili della Terra.

Le proteine antigelo, l'altra grande invenzione

Sopravvivere in acque a temperature sotto lo zero richiede anche di non congelare dall'interno. Qui entrano in gioco le glicoproteine antigelo (AFGP, dall'inglese antifreeze glycoproteins): molecole che si legano ai minuscoli cristalli di ghiaccio che potrebbero formarsi nei fluidi corporei, impedendone la crescita. È lo stesso principio di un antigelo per automobili, ma di origine biologica. Senza queste proteine, i pesci di ghiaccio si trasformerebbero letteralmente in blocchi di ghiaccio.

Il genoma sequenziato nel 2019

Una tappa decisiva per capire questi adattamenti è arrivata nel 2019, quando la rivista Nature Ecology & Evolution ha pubblicato il genoma completo del Chaenocephalus aceratus, il pesce di ghiaccio dalle pinne nere. Lo studio, guidato tra gli altri da Bo-Mi Kim e Angel Amores, ha confermato a livello molecolare la perdita dei geni della globina: i geni che codificano per l'emoglobina sono andati persi o sono diventati non funzionali nel corso dell'evoluzione.

Il genoma ha inoltre rivelato un'espansione delle proteine antigelo, con 11 copie dei geni AFGP affiancate da dieci copie in tandem di geni del tripsinogeno, da cui le AFGP si pensa derivino evolutivamente. La ricerca completa è consultabile su PMC, l'archivio ad accesso aperto dei National Institutes of Health statunitensi, mentre una sintesi è offerta da Quanta Magazine.

Una meraviglia evolutiva minacciata dal riscaldamento

La perdita dell'emoglobina, che in qualsiasi altro vertebrato sarebbe letale, è stata tollerata nei pesci di ghiaccio proprio grazie alle particolari condizioni dell'Oceano Antartico: acque costantemente fredde, ricche di ossigeno disciolto e stabili da milioni di anni. Ed è qui che si nasconde il loro punto debole. Questi animali sono stenotermi estremi, cioè tollerano solo un intervallo di temperatura strettissimo.

Con il riscaldamento degli oceani, anche un modesto aumento della temperatura riduce l'ossigeno disciolto nell'acqua e accelera il metabolismo dei pesci, mettendo sotto pressione un sistema circolatorio già ai limiti. Per organismi così specializzati, l'adattamento che li ha resi unici rischia di trasformarsi in una trappola. Studi condotti nell'ambito di campagne oceanografiche internazionali hanno mostrato che molte specie polari faticano a tollerare aumenti anche di pochi gradi, e i pesci di ghiaccio sono tra le più sensibili in assoluto, perché operano senza il margine di sicurezza che l'emoglobina garantisce agli altri vertebrati.

Per approfondire l'ecologia dei mari polari si possono consultare le risorse della Treccani alla voce Antartide. I pesci di ghiaccio restano, intanto, una delle prove più affascinanti di quanto la vita sappia reinventarsi anche dove sembrerebbe impossibile: animali che hanno barattato la proteina più preziosa del sangue per conquistare un mare che nessun altro vertebrato dal sangue rosso avrebbe potuto colonizzare allo stesso modo. La loro esistenza ci ricorda che l'evoluzione non procede verso la perfezione, ma verso ciò che funziona, qui e ora, in un ambiente preciso.