Balanophyllia europaea un abitante del nostro mare primitivo e sconosciuto
di Stefano Goffredo
I coralli sono animali primordiali in quanto hanno un’organizzazione corporea relativamente semplice. Osservati però “da vicino”, con l’ausilio di un potente microscopio elettronico, mostrano interessanti e spettacolari differenziazioni nelle forme e nelle funzioni.
Barriere coralline e atolli tropicali, coralli rossi preziosi, coralli molli e duri: ma che cosa sono i coralli? Tra i primi animali pluricellulari evolutisi nei mari vi erano proprio loro: i coralli. Essi popolavano gli oceani già nell’Ordoviciano, in altre parole circa 500 milioni d’anni fa: a tal proposito è curioso ricordare che i primi vertebrati (pesci) sono comparsi nel Siluriano (circa 400 milioni d’anni fa) mentre l’uomo ha compiuto i primi passi sulla terra solo nel Quaternario (0,5 – 1 milioni d’anni fa).
Un corallo, di norma, è un organismo sessile, cioè che vive aderente ad un substrato duro, con il corpo a forma di sacco più o meno cilindrico. Il corpo è orlato superiormente da una corona di tentacoli al centro della quale si apre la bocca. Quest’ultima comunica con una cavità interna a fondo cieco (celenteron), che ha funzione digestiva e di trasporto. Inferiormente, l’individuo aderisce al fondo roccioso per mezzo di un disco pedale. Il corpo così organizzato prende il nome di polipo, da non confondere con il simpatico polpo.
I coralli possono essere coloniali o solitari. Nel primo caso, molti polipi cooperano assieme, per esempio nell’approvvigionamento del cibo, nel secondo caso, ogni singolo polipo vive isolato come organismo autonomo.
I coralli sono carnivori e predano piccoli animaletti planctonici. La cattura avviene per contatto diretto: la piccola preda che, trasportata dalla corrente, urta un tentacolo del polipo, è stordita dal liquido tossico scaricato dai filamenti estroflessi da batterie di cellule urticanti (cnidoblasti). Il successivo dibattersi della vittima tramortita stimola il corallo all’ingestione. Inoltre, molti coralli ospitano nei loro tessuti alghe simbionti unicellulari (zooxanthellae), provvedenti anch’esse al nutrimento del polipo. Durante il processo di fotosintesi, infatti, le zooxanthellae captano l’energia solare che utilizzano per sintetizzare sostanza organica. Quest’ultima, per la maggior parte, esce dall’alga per essere utilizzata dal polipo come nutrimento. La fotosintesi delle zooxanthellae inoltre accelera la precipitazione del carbonato di calcio, nei coralli che possiedono uno scheletro calcareo esterno (Madreporari). Questi coralli perciò, hanno una velocità d’accrescimento dello scheletro che è due o tre volte superiore, rispetto a quelli privi di zooxanthellae. A causa di questa simbiosi, i madreporari dei mari tropicali hanno dei tassi d’accrescimento superiori a quelli d’erosione (questa ultima dovuta all’azione delle onde e degli animali che si nutrono di coralli) e quindi hanno la possibilità di costruire le barriere coralline e gli atolli, oggi mete del turismo subacqueo.
I coralli si riproducono sia sessualmente (mediante spermatozoi ed uova) sia asessualmente. Nel caso della riproduzione sessuale, nella condizione più semplice, esistono colonie maschili e colonie femminili che, in un determinato periodo dell’anno, rilasciano in mare rispettivamente spermatozoi ed uova. E’ quindi in acqua libera che avviene la fecondazione. Il successivo sviluppo embrionale porta alla formazione di una larva planctonica (planula). Quest’ultima, dopo aver trascorso un periodo di dispersione come organismo pelagico trasportato dalle correnti, si fissa al fondo, su un substrato rigido, originando un polipo. E’ da questo polipo fondatore che, mediante la riproduzione asessuale per gemmazione, crescerà la nuova colonia. Sul corpo del primo polipo, infatti, si formerà un abbozzo di cellule (gemma) da cui nascerà il secondo polipo e poi, allo stesso modo, si formerà il terzo, il quarto, via via fino ad avere le migliaia di polipi costituenti l’intera nuova colonia.
I coralli sono presenti in Mediterraneo con alcune decine di specie. La biologia di questi abitanti del nostro mare, è in molti casi sconosciuta. Nell’Aprile del 1997 il gruppo di ricerca del Prof. Francesco Zaccanti del Dipartimento di Biologia Evoluzionistica Sperimentale dell’Università di Bologna, con il sottoscritto come responsabile del progetto, in collaborazione con la Scuba Schools International Italia, ha iniziato una ricerca, avente lo scopo di chiarire gli aspetti salienti della biologia di una di queste specie: Balanophyllia europaea, del gruppo dei Madreporari.
Balanophyllia europaea è un corallo solitario che colonizza, in acque poco profonde, le coste rocciose del Mediterraneo. E’ segnalato anche lungo le coste Atlantiche della Spagna. Nostro intento è quello di studiarne l’accrescimento, la mortalità, la natalità, la riproduzione, in altre parole quella che in termini scientifici è definita come la “dinamica di popolazione”.
La prima stazione di ricerca è stata individuata a Calafuria, noto luogo d’immersione che si trova una decina di chilometri a sud di Livorno. Abbiamo dapprima eseguito un monitoraggio, per conoscere l’abbondanza e la distribuzione batimetrica di Balanophyllia europaea in questo luogo. E’ risultato che, a Calafuria, tale specie è distribuita dai 2 ai 12 metri di profondità, con densità massima attorno ai 7 m, dove raggiunge punte di 140 coralli per m2. Questi dati dimostrano come B. europaea colonizzi, in località Calafuria, solo acque superficiali dove raggiunge densità di popolazione abbastanza elevate. La sua distribuzione è limitata alle acque poco profonde a maggiore illuminazione, a causa della simbiosi con le zooxanthellae, che necessitano di luce per la fotosintesi. Questo corallo risulta perciò essere un elemento importante del popolamento bentonico dei primi 10 metri di profondità.
Dal successivo studio della riproduzione sessuale di B. europaea, abbiamo ottenuto i primi importanti risultati. Questo corallo, a Calafuria, è ermafrodita simultaneo; in altre parole, lo stesso individuo produce, durante il periodo riproduttivo, sia spermatozoi sia uova. Questa è la prima volta che in Balanophyllia è descritta una condizione d’ermafroditismo: tutte le altre specie dello stesso genere di cui si è studiata la riproduzione, sono a sessi separati, vale a dire con individui maschi e femmine. B. europaea, inoltre, nella località di Calafuria è viviparo: in altre parole, gli adulti incubano nella cavità interna (celenteron) gli embrioni fino a stadi di sviluppo molto avanzati. Durante questo studio sulla riproduzione, siamo stati anche in grado di seguire tutti gli stadi dello sviluppo embrionale. Questi risultati saranno a breve pubblicati su una rivista scientifica internazionale.
Alla luce di questi risultati, ci nasce spontanea la domanda: perché questa Balanophyllia a Calafuria è ermafrodita, quando in altre zone i suoi parenti più stretti sono a sessi separati? Qual è il fattore che a Calafuria ha selezionato l’ermafroditismo? Trovare una risposta a questa domanda non è certo semplice. In prima istanza sarebbe interessante studiare altre popolazioni di B. europaea in località con condizioni ambientali significativamente differenti da quelle di Calafuria, dove poter verificare se la condizione d’ermafroditismo è ancora mantenuta oppure se, al contrario, è sostituita da una condizione di sessi separati. In quest’ultimo caso sarebbe quindi interessante comparare le condizioni del luogo dove la specie è ermafrodita, con quelle dove è a sessi separati, per cercare di individuare il fattore selezionante la differente condizione sessuale nelle due zone. A tal proposito stiamo attualmente cercando una popolazione di B. europaea nell’alto Adriatico.
Abbiamo comunque dei dati di densità di popolazione (numero di individui per m2) che offrono una possibile risposta al perché Balanophyllia è ermafrodita simultanea in località Calafuria. Lungo le coste del Pacifico, dalla California al Canada, vive un’altra specie del genere Balanophyllia: B. elegans. Quest’ultima nella California centrale, dove è stata studiata, è a sessi separati ed ha una densità di popolazione media 31 volte più elevata di quella di B. europaea a Calafuria (563 coralli per m2 contro 18 coralli per m2). L’elevata densità di popolazione favorisce l’incontro tra maschi e femmine, la bassa densità di popolazione al contrario l’ostacola, diminuendo la probabilità di successo riproduttivo. In una situazione di bassa densità come quella di Calafuria, una condizione d’ermafroditismo simultaneo, per la quale ciascun individuo produce sia spermatozoi sia uova, aumenta la probabilità che gli incontri fra le cellule germinali siano fertili, incrementando la probabilità di sopravvivenza della popolazione.
Negli ultimi mesi, ci siamo impegnati nello studio della morfologia generale del polipo di B. europaea mediante tecniche di microscopia elettronica a scansione. Abbiamo ottenuto alcune impressionanti immagini ad alto ingrandimento dei tentacoli con le batterie di nematocisti urticanti, degli spermatozoi, delle uova e dello scheletro, che qui vi proponiamo.
Con tecniche di microscopia elettronica a trasmissione, stiamo anche studiando la spermatogenesi e l’ovogenesi in B. europaea. In altre parole, vogliamo seguire, in quest’animale primitivo, tutti gli stadi di maturazione che le cellule devono attraversare nel trasformarsi da indifferenziate e “banali”, in elementi responsabili della nascita di un nuovo individuo.
Infine, a Calafuria, sono già oggi presenti dei segnali di riferimento sommersi, che delimitano tante piccole aree a diverse profondità sulle quali vivono individui di B. europaea. Tali individui vengono misurati ad intervalli di 3 mesi circa. Sarà interessante verificare se esistono tassi d’accrescimento differenti tra le diverse stagioni e profondità ed in tal caso correlarli con l’andamento dei parametri ambientali.
E’ pianificato che la ricerca continui fino al 2000 compreso. Alcuni risultati importanti sono già stati ottenuti ed altri certamente ne verranno in futuro. Difficilmente, in questo periodo relativamente breve, riusciremo a fare luce su tutti gli aspetti della biologia di questo animale che riteniamo interessanti. Lo studio degli organismi relativamente semplici, ha già dimostrato in passato la sua importanza, nel fornire delle risposte e dei modelli validi anche per la comprensione degli organismi più evoluti.
Una sezione di uno spermatozoo di Balanophyllia europaea vista al microscopio elettronico.
Lo spermatozoo è la cellula che porta all’uovo l’informazione genetica maschile. Gli spermatozoi solitamente sono costituiti da una testa, da una zona intermedia e da una coda. Nella testa sono localizzati il nucleo della cellula, all’interno del quale vi è la sostanza che ospita il DNA detta cromatina, e alcuni organuli che servono alla penetrazione dello spermatozoo all’interno dell’uovo; nella zona intermedia sono localizzati altri organuli cellulari (esempio vescicole ripiene di sostanze di riserva, organi respiratori), mentre la coda, dotata di movimento attivo, serve alla cellula per nuotare.
La testa dello spermatozoo di Balanophyllia europaea ha una forma conica ed è lunga circa 0.002 millimetri: l’apice del cono corrisponde alla parte anteriore della cellula. All’interno di questo spermatozoo si possono osservare alcuni organuli cellulari. Ap, è il processo anteriore, quell’organulo che servirebbe a rompere le membrane esterne dell’uovo affinché lo spermatozoo vi possa penetrare, chr è la cromatina, la sostanza che è localizzata all’interno del nucleo e che porta l’informazione genetica in quanto ospita il DNA; lv è la vescicola lipidica, il serbatoio di benzina della cellula, ossia una masserella di grasso che fornisce l’energia indispensabile allo spermatozoo per vivere e per poter nuotare nell’acqua; m è il mitocondrio, il “motore” dello spermatozoo, il luogo dove le sostanze di riserva vengono bruciate (il grasso di cui sopra), ossia l’organulo dove avviene la respirazione della cellula e quindi la produzione dell’energia chimica atta alla vita e al nuoto dello spermatozoo; t sono le code di alcuni spermatozoi vicini a quello in questione.
Questa immagine è stata pubblicata sulla rivista scientifica internazionale edita in Germania denominata ZOOMORPHOLOGY, nel volume 119, alle pagine 231-240; il titolo dell’articolo è “Ultrastructural observations of the spermatogenesis of the hermaphroditic solitary coral Balanophyllia europaea (Anthozoa, Scleractinia)“; gli autori sono Stefano Goffredo, Tiziana Telò e Franca Scanabissi. In questa ricerca Bologna Scuba Team e i suoi subacquei hanno fornito il supporto logistico alle immersioni servite per la raccolta dei campioni analizzati.