I partner cambiano, la simbiosi resta.

Le persone, di solito, non apprezzano i “vermi” per diverse ragioni. I “laici” perché di solito ne sono disgustati, gli zoologi perché … i vermi non esistono. Ciò che il sentire comune chiama “vermi” sono animali appartenenti a una decina di phyla diversi (per non dire delle larve degli insetti, anch’esse spesso chiamate vermi), accomunati dalla forma cilindrica e allungata e dalle dimensioni generalmente contenute (con alcune notevoli eccezioni). Uno dei phyla che costituiscono questo insieme di forme diversissime è quello degli anellidi, comprendente tre gruppi principali: policheti (tra i quali i famigerati vermocani), oligocheti (lombrichi e forme affini), irudinei (sanguisughe) e alcuni gruppi minori.

Gli anellidi presentano fenomeni ecologici e biologici molto interessanti. Tra gli esempi vi sono il formidabile genere Osedax (Pikaia ne ha parlato qui) che si è “inventato” un habitat particolarissimo (le ossa dei cadaveri delle balene sul fondo del mare) e Riftia pachyptila, un essere che vive attorno alle sorgenti idrotermali di grande profondità marina (ascoltate il magnifico podcast che le racconta qui), che può crescere di 85 cm in un anno(!). I due esseri viventi che ho menzionato sono accomunati dal possedere una gran quantità di microrganismi simbionti che svolgono una serie di funzioni metaboliche perse dagli ospiti nel corso dell’evoluzione.

Fra gli oligocheti tubificidi marini – circa 500 specie meiobentoniche (meiobentos è un termine specialistico che indica gli organismi che passano un setaccio con le maglie di un millimetro ma sono trattenuti da maglie di 45 μm), diffusi lungo le coste sabbiose, nelle sabbie coralligene tropicali e nelle acque salmastre – vi è un gruppo monofiletico di specie prive di apparato digerente e organi escretori (in inglese gutless tubificids).

Una simbiosi indispensabile

Il gruppo è composto da una novantina di specie dei generi Olavius e Inanidrilus, che vivono negli strati sotto la superficie della sabbia nelle acque basse litorali in cui le concentrazioni di ossigeno si abbassano e il solfuro di idrogeno si accumula. Sono diffusi in tutto il mondo nei sedimenti calcarei (per esempio all’interno di scogliere coralline), con probabili centri di radiazione nei Caraibi e lungo le coste australiane.

Si tratta di anellidi lunghi pochi millimetri, con un diametro compreso tra 0,1 e 0,5 millimetri, che, secondo lo studio qui commentato, si sono separati dagli altri tubificidi circa 159 milioni di anni fa; una stima precedente collocava la divergenza a 50 milioni di anni fa.

Le funzioni che, nelle specie affini, sono svolte dagli apparati digerente ed escretore sono assolte principalmente da solfobatteri simbionti ospitati in uno spazio extracellulare fra la cuticola e l’epidermide; i granuli di zolfo accumulati dai batteri sotto la cuticola generano un caratteristico colore bianco al microscopio in luce incidente.

Uno studio su scala globale

Ora un importante gruppo di ricercatori internazionali capitanato da Nicole Dubilier del Max Planck Institute for Marine Microbiology di Brema, e comprendente Christer Erséus, ex direttore del Museo Nazionale Svedese di Scienze Naturali e primo scopritore di queste specie, ha indagato 246 individui appartenenti a 63 specie di questi singolari “vermi”, raccolti in 17 siti in tutto il mondo, sequenziandone il DNA e combinando metagenomica e filogenomica.

La ricerca ha permesso di approfondire, in un ampio gruppo di organismi con una lunga storia evolutiva alle spalle, quanto i microrganismi simbionti siano “fedeli” all’interno delle specie (ossia quanto il processo simbiotico si sia stabilmente integrato nella loro biologia) e come la composizione delle comunità simbiontiche sia cambiata durante i processi di speciazione.

Partner stabili e alleanze flessibili

I simbionti dei tubificidi marini presi in considerazione appartengono in totale a 33 generi batterici, 16 dei quali mai segnalati prima. Ogni specie di tubificide ospita da due a dieci “specie” di batteri (la definizione di specie nei microrganismi procarioti è complessa). Thiosymbion (ossidante dello zolfo, chemioautotrofo, ossia che ricava energia dall’acido solfidrico in maniera analoga al processo fotosintetico) è stato acquisito una sola volta all’inizio della divergenza del gruppo, ed è il partner nutrizionale principale. I simbionti secondari sono stati invece acquisiti e persi più volte (179 guadagni contro 83 perdite), aumentando la diversità nel tempo.

La composizione della comunità simbionte è molto specifica per ciascuna specie ospite. Individui della stessa specie hanno simbionti quasi identici, anche in popolazioni lontane. La somiglianza tra comunità si perde però rapidamente con la divergenza degli ospiti: solo 4 coppie su 18 di specie sorelle hanno comunità simili. La localizzazione extracellulare dei simbionti al di sotto della cuticola potrebbe favorire il controllo da parte dell’ospite rispetto ad altri sistemi in cui i microrganismi sono ospitati nelle cellule, permettendo un reclutamento occasionale dall’ambiente durante la deposizione delle uova. Il confronto tra gli alberi filogenetici degli ospiti e dei simbionti mostra che la codivergenza ospite-simbionte è debole nella maggior parte dei generi, il che suggerisce una frequente acquisizione orizzontale (scambio tra ospiti o dall’ambiente), sebbene normalmente i simbionti vengano trasmessi dai genitori alla prole durante la deposizione delle uova (trasmissione verticale).

Il messaggio centrale è “stabilità attraverso la flessibilità”. Un nucleo stabile (Thiosymbion) fornisce le funzioni essenziali e consente di cambiare i partner secondari. Il filtraggio da parte dell’ospite mantiene la specificità a livello di specie anche con ricambio di ceppi. La combinazione di stabilità interna alla specie e rapido rimodellamento tra specie potrebbe spiegare il successo evolutivo e la diversificazione del gruppo. Gli autori sottolineano che questo brusco calo della fedeltà in corrispondenza della speciazione non era stato descritto in altre simbiosi a trasmissione verticale.

Gli autori concludono:

“Le comunità simbiotiche dei tubificidi privi di apparato digerente ed escretore rimangono stabili a scala microevolutiva, ma si modificano velocemente su brevi scale macroevolutive durante i processi di speciazione. Questa combinazione di stabilità e di flessibilità può dunque essere un fattore chiave del successo evolutivo di questo gruppo così diffuso e diversificato.”

Riferimenti

Mankowski, A., Kleiner, M., Erséus, C., Leisch, N., Sato, Y., Volland, J.-M., Huettel, B., Wentrup, C., Woyke, T., Wippler, J., Dubilier, N., Gruber-Vodicka, H.R. Stability in flexibility: Shifting alliances stabilize the symbioses of marine animals over 150 million years. Sci Adv, 2026 Oct 2;12(40). doi: 10.1126/sciadv.aed1476.

Immagine: Olavius algarvensis, un oligochete mediterraneo privo di apparato digerente ed escretore, accanto ad alcuni granelli di sabbia. Il colore bianco è causato dalle particelle di zolfo contenute nei batteri simbionti che vivono nell’epidermide. Credito: Alexander Gruhl / Max Planck Institute for Marine Microbiology. Fonte: https://www.eurekalert.org/multimedia/1155530