Dall’ameba “truffatrice” i segreti della cooperazione cellulare

La capacità di mantenere un elevato livello di cooperazione fra le cellule di un organismo complesso è assicurata dalla loro discendenza da un’unica cellula. Lo prova uno studio su amebe sociali: le loro colonie si difendono da singole amebe “approfittatrici” che tendono a riprodursi in misura spropositata a scapito di tutte le altre.

Il passaggio dagli organismi unicellulari a quelli pluricellulari è uno dei più affascinanti della biologia, sia per come esso è avvenuto sia perché in un organismo pluricellulare si assiste a una complessa e costante cooperazione di cellule diverse, gran parte delle quali è destinata a morire senza riprodursi, lasciando che solo un numero ridotto di cellule privilegiate trasmetta i propri geni alle generazioni future. 

Alcuni delicati aspetti di questo passaggio sono stati ora chiariti da una ricerca condotta da Joan Strassmann e David Queller, della Washington University a St. Louis, i cui risultati sono illustrati su “Science”.

I ricercatori hanno condotto una serie di esperimenti su un’ameba sociale, Dictyostelium discoideum, i cui esemplari vivono per gran parte del tempo come individui isolati, ma che in determinate occasioni – e in particolare quando l’ambiente in cui vivono inizia a scarseggiare dei batteri che predano – si “consorziano” con molti altri loro simili per formare corpi fruttiferi multicellulari e completare il proprio ciclo di vita.

Quando, richiamate dalle sostanze chimiche rilasciate dalle loro simili, le amebe raggiungono una “massa critica” (all’incirca 10.000 amebe), si tengono coese e iniziano a strisciare verso la luce e il calore per fermarsi infine in un punto dove luce, calore e flusso di acqua sono ottimali per la successiva dispersione delle spore.

Il punto critico è che, se pure circa l’80 per cento delle cellule di questa colonia riesce a formare spore fertili, il restante 20 per cento muore senza emettere spore perché va a formare un fusto sterile necessario alla dispersione ottimale delle spore delle altre amebe.

Esperimenti precedenti avevano già fatto ipotizzare che il livello di cooperazione fra queste amebe dipenda dalla loro parentela.

Strassmann e Queller si sono così chiesti se fosse possibile rompere il contratto sociale tra le amebe attraverso la creazione di condizioni di bassa parentela fra di esse, così che ogni discendenza clonale incontrasse per lo più sconosciuti e solo raramente parenti.

Hanno quindi mescolato amebe provenienti da diversi cloni di laboratorio per poi esaminarne i corpi fruttiferi, scoprendo che ogni corpo fruttifero comprendeva cellule di tutti i cloni, ma che alcuni di questi cloni avevano contribuito in misura sproporzionata al corpo fruttifero. Come dicono i ricercatori, erano amebe “truffatrici”.

Come può un organismo protoplasmatico “imbrogliare”? “Potrebbe per esempio avere – spiega Queller – una mutazione che rende una molecola di adesione meno ‘appiccicosa’ in modo da poter scorrere più facilmente sul dorso della ‘lumaca’ formata dalle altre amebe fino alla parte che forma spore.” Tuttavia, aggiunge Strassmann, “ci sono dei compromessi, perché se sei troppo scivoloso, cadi e perdi i vantaggi di far parte del gruppo”.

Continuando i loro esperimenti hanno peraltro rilevato che queste amebe truffatrici erano costituite per lo più da mutanti che avevano perso la capacità di formare corpi fruttiferi ed erano quindi divenute “truffatrici obbligate”, pena l’impossibilità di riprodursi.

I ricercatori si sono a questo punto domandati quanto tempo e quante mutazioni siano necessarie all’apparizione di mutazioni truffaldine: per stabilirlo, hanno sviluppato un esperimento di accumulo di mutazioni, in cui quelle mutate non dovono competere con le altre amebe così che tutte le mutazioni, anche le più incisive, alla fine diventano parte permanente del genoma della stirpe.

Da qui sono riusciti a stabilire un limite alla velocità con cui le mutazioni trasformano un cooperatore in un baro obbligato. In questo modo hanno osservato che sono necessarie cento o più generazioni, un valore che indica che è altamente improbabile che – in presenza delle condizioni vigenti in natura – si abbia una buona diffusione nella popolazione delle amebe del tratto truffaldino a spese di quello cooperativo.

E si sono ulteriormente chiesti: che cosa succede se lasciamo che le colonie crescano fino a raggiungere una misura umana o quella di un elefante o di una balenottera azzurra? Gli esperimenti condotti suggeriscono che anche in questo caso non si verificherebbe il crollo della cooperazione, purché si parta da un unico clone: gli esperimenti suggeriscono cioè che gli organismi, nel corso dell’evoluzione, siano riusciti a eludere la trappola delle cellule truffatrici a favore di quelle cooperative creando un “collo di bottiglia” attraverso cui solo di rado riescono a passare gli approfittatori, costituito dalla comune (e riconoscibile) discendenza.

“Un organismo pluricellulare come il corpo umano è un’entità estremamente cooperativa, e i sociobiologi ci insegnano che l’evoluzione delle cose molto cooperative è davvero difficile, dato che c’è la possibilità di truffatori e approfittatori. E’ il collo di bottiglia della cellula generatrice singola che garantisce un’alta relazionalità fra le cellule che, a sua volta, permette a esse di cooperare”, ha concluso Queller.