In un solo giorno, nelle placide acque di un singolo stagno, un milione di particelle virali potrebbero entrare in un organismo unicellulare noto per i minuscoli peli, o ciglia, che lo spingono attraverso quelle acque. Negli ultimi tre anni, John DeLong dell’Università del Nebraska-Lincoln è stato impegnato a scoprire un potenziale segreto rivoluzionario:
quelle particelle virali sono una fonte non solo di infezione, ma anche di nutrimento. In un’inversione di tendenza degna di Pac-Man, DeLong e i suoi colleghi hanno scoperto che una specie di Halteria, ciliati microscopici che popolano l’acqua dolce in tutto il mondo, può mangiare un numero enorme di clorovirus infettivi che condividono il loro habitat acquatico. Per la prima volta, gli esperimenti di laboratorio del team hanno anche dimostrato che una dieta a base di soli virus, che il team chiama “virovory”, è sufficiente per alimentare la crescita fisiologica e persino la crescita della popolazione di un organismo. I clorovirus, una scoperta determinante per la carriera di James Van Etten del Nebraska, sono noti per infettare microscopiche alghe verdi. Alla fine, i clorovirus invasori fanno esplodere i loro ospiti unicellulari come palloncini, versando carbonio e altri elementi che sostengono la vita in mare aperto. Quel carbonio, che potrebbe essere andato ai predatori delle minuscole creature, viene invece aspirato da altri microrganismi:
un cupo programma di riciclaggio in miniatura e, apparentemente, per sempre. “Questo è davvero solo mantenere basso il carbonio in questa sorta di strato di zuppa microbica, impedendo ai pascolatori di prendere energia lungo la catena alimentare “, ha detto DeLong, professore associato di scienze biologiche al Nebraska. Ma se i ciliati stanno mangiando quegli stessi virus per cena, allora virovory potrebbe controbilanciare il riciclaggio del carbonio che i virus sono noti per perpetuare. È possibile, ha affermato DeLong, che il virovory stia aiutando e favorendo la fuga del carbonio dalle fecce della catena alimentare, garantendogli una mobilità verso l’alto che i virus altrimenti sopprimono. “Se si moltiplica una stima approssimativa di quanti virus ci sono, quanti ciliati ci sono e quanta acqua c’è, si ottiene questa enorme quantità di movimento di energia (sulla catena alimentare)”, ha detto DeLong, che ha stimato che i ciliati in un piccolo stagno potrebbero mangiare 10 trilioni di virus al giorno. “Se questo sta accadendo nella scala che pensiamo possa essere, dovrebbe cambiare completamente la nostra visione del ciclo globale del carbonio”.
‘Nessuno se n’è accorto’
DeLong conosceva già i modi in cui i clorovirus possono impigliarsi in una rete alimentare. Nel 2016, l’ecologo ha collaborato con Van Etten e il virologo David Dunigan per dimostrare che i clorovirus ottengono l’accesso alle alghe, che sono normalmente racchiuse in un genere di ciliati chiamato Paramecia, solo quando minuscoli crostacei mangiano i Paramecia ed espellono le alghe appena esposte. Quella scoperta ha messo DeLong in “uno spazio di testa diverso” quando si trattava di pensare e studiare i virus. Data l’enorme abbondanza di virus e microrganismi nell’acqua, ha pensato che fosse inevitabile che, anche mettendo da parte l’infezione, il primo a volte finisse all’interno del secondo. “Sembrava ovvio che tutto dovesse avere virus in bocca tutto il tempo“, ha detto. “Sembrava che dovesse succedere, perché ce n’è così tanto nell’acqua.”
Quindi DeLong si è tuffato nella letteratura di ricerca, intento a emergere con qualsiasi studio sugli organismi acquatici che mangiano virus e, idealmente, cosa è successo quando lo hanno fatto. È emerso con poco prezioso. Uno studio, degli anni ’80, aveva riferito che i protisti unicellulari erano in grado di consumare virus, ma non andò oltre. Una manciata di documenti dalla Svizzera in seguito ha mostrato che i protisti sembravano rimuovere i virus dalle acque reflue. “E questo è tutto”, ha detto DeLong. Non c’era nulla sulle potenziali conseguenze per i microrganismi stessi, per non parlare delle reti alimentari o degli ecosistemi a cui appartenevano. Ciò ha sorpreso DeLong, che sapeva che i virus erano costruiti non solo sul carbonio, ma anche su altri elementi fondamentali della vita. Erano, almeno ipoteticamente, tutt’altro che cibo spazzatura. “Sono fatti di cose davvero buone: acidi nucleici, molto azoto e fosforo“, ha detto. “Tutto dovrebbe volerli mangiare. “Così tante cose mangeranno tutto ciò di cui riescono a procurarsi. Sicuramente qualcuno avrebbe imparato a mangiare queste materie prime davvero buone.”
Essendo un ecologista che trascorre gran parte del suo tempo usando la matematica per descrivere le dinamiche predatore-preda, DeLong non era del tutto sicuro di come procedere per indagare sulla sua ipotesi. Alla fine, ha deciso di mantenere le cose semplici. Per prima cosa, avrebbe avuto bisogno di alcuni volontari. Andò in uno stagno vicino e raccolse campioni dell’acqua. Tornato al suo laboratorio, ha raggruppato tutti i microrganismi che poteva gestire, indipendentemente dalla specie, in gocce d’acqua. Infine, ha aggiunto generose porzioni di clorovirus.
Dopo 24 ore, DeLong cercava nelle gocce un segno che qualsiasi specie sembrava godere della compagnia del clorovirus, che persino una specie trattava il virus meno come una minaccia che come uno spuntino. Ad Halteria, l’ha trovato. “All’inizio, era solo un suggerimento che ce ne fossero di più”, ha detto DeLong dei ciliati. “Ma poi erano abbastanza grandi da poterne effettivamente afferrare alcuni con la punta di una pipetta, metterli in una goccia pulita ed essere in grado di contarli”. Il numero di clorovirus stava precipitando fino a 100 volte in soli due giorni. La popolazione di Halteria, che non aveva altro da mangiare se non il virus, stava crescendo in media di circa 15 volte nello stesso lasso di tempo. Halteria privata del clorovirus, nel frattempo, non cresceva affatto.
Per confermare che l’Halteria stava effettivamente consumando il virus, il team ha etichettato parte del DNA del clorovirus con un colorante verde fluorescente prima di introdurre il virus nei ciliati. Abbastanza sicuro, l’equivalente ciliato di uno stomaco, il suo vacuolo, divenne presto verde brillante. Era inequivocabile: i ciliati stavano mangiando il virus. E quel virus li stava sostenendo. “Stavo chiamando i miei coautori: ‘Sono cresciuti! Ce l’abbiamo fatta!’“, ha detto DeLong dei risultati, ora dettagliati nella rivista Proceedings of the National Academy of Sciences. “Sono entusiasta di poter vedere qualcosa di così fondamentale per la prima volta.”
DeLong non aveva finito. Il suo lato matematico si chiedeva se questa particolare dinamica predatore-preda, per quanto strana potesse sembrare, potesse avere punti in comune con gli accoppiamenti più banali che era abituato a studiare. Ha iniziato tracciando il declino del clorovirus contro la crescita dell’Halteria. Quella relazione, scoprì DeLong, generalmente si adatta a quelle che gli ecologi hanno osservato tra altri cacciatori microscopici e la loro preda. L’Halteria ha anche convertito circa il 17% della massa di clorovirus consumata in una nuova massa propria, proprio in linea con le percentuali osservate quando i Paramecia mangiano batteri e i crostacei millimetrici mangiano alghe. Anche la velocità con cui i ciliati predavano il virus , e la disparità di circa 10.000 volte nelle loro dimensioni, combacia con altri studi di casi acquatici. “Ero motivato a determinare se fosse strano o meno o se si adattasse”, ha detto DeLong. “Questo non è strano. È solo che nessuno l’ha notato.” DeLong e i suoi colleghi da allora hanno identificato altri ciliati che, come Halteria, possono prosperare nutrendosi solo di virus. Più scoprono, più è probabile che virovory possa verificarsi in natura. È una prospettiva che riempie la testa dell’ecologo di domande:
come potrebbe plasmare la struttura delle reti trofiche? L’evoluzione e la diversità delle specie al loro interno? La loro resilienza di fronte alle estinzioni? Ancora una volta, però, ha scelto di mantenerlo semplice. Non appena l’inverno del Nebraska si placherà, DeLong tornerà allo stagno. “Ora”, ha detto, “dobbiamo andare a scoprire se questo è vero in natura”. Link video:
Fonte: https://phys.org/news/2022-12-viruses-power-microorganism-growth-reproduction.html
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