Autore: Angele Giuliano
E-mail: [email protected]
Video: Amoeba (Protozoa)
Clip dal video: 01 50 - 03 10
Regia:
Produzione: Michael W. Davidson and The Florida State University
Scientific level – Spiegazione per insegnanti
LA CLIP
La clip presenta le immagini al microscopio di un’ameba in movimento in una
soluzione liquida. E’ possibile osservare gli pseudopodi che si formano e si riformano,
permettendo a questo esemplare di muoversi. Sono inoltre visibili il nucleo e le altre
strutture che costituiscono l’ameba.
CIO’ DIMOSTRA....
La complessità degli organismi unicellulari.
Basta una sola cellula biologica per dar vita a un organismo. Esistono infatti
innumerevoli specie di organismi unicellulari. L’ameba è un minuscolo organismo
unicellulare appartenente al genere dei protozoi. Le amebe sono per la maggior parte
visibili solo al microscopio, dato che le loro dimensioni vanno da 0,01 mm a un
massimo di 3 mm. Vivono in acqua dolce (laghi, fiumi e stagni), in acqua salata, in
terreni umidi e dentro il corpo di altri animali (uomo compreso): praticamente ovunque.
Esistono molti diversi tipi di amebe. Il nome viene dal greco e significa “cambiamento”.
Classificazione:
Dominio: Eucarioti (organismi provvisti di cellule nucleate)
Regno: Protisti (flagellati, amebe, alghe e protisti parassiti)
Phylum: Protozoi (organismi unicellulari)
Classe: Sarcodina (dotati di pseudopodi)
Anatomia: Un’ameba è formata da un’unica cellula globulare circondata da una
membrana cellulare porosa. Attraverso questa membrana l’ameba "respira",
prelevando il gas di ossigeno contenuto nell’acqua ed espellendo anidride carbonica.
La cellula è costituita per la maggior parte da una complessa serie di membrane
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gelatinose ripiegate, dette citoplasma. All’interno dell’ameba, un grosso nucleo a
forma di disco ne controlla la crescita e la riproduzione.
Alimentazione: L’ameba si nutre di alghe, batteri, cellule vegetali e microscopici
protozoi e metazoi (alcune specie sono parassite). Essa circonda minuscole particelle
di cibo con gli pseudopodi formando un vacuolo digestivo, cioè una cavità interna
simile a una bolla in cui il cibo viene digerito (scomposto in modo che l’ameba possa
assorbirlo). Prodotti di scarto e acqua in eccesso vengono espulsi dalla cellula tramite
i vacuoli pulsanti, cavità interne attraverso cui l’ameba si libera dei rifiuti. Questi ultimi
vengono convogliati alla membrana cellulare e da qui eliminati.
Locomozione: Le amebe presentano una grande plasticità di forma e un
rimodellamento assolutamente particolare del citoplasma. Si muovono modificando la
forma del proprio corpo (movimento ameboide), cioè formando degli pseudopodi
(strutture temporanee simili a pedicelli). Il termine pseudopodo significa "falso piede."
Le amebe utilizzano gli pseudopodi anche per inglobare il cibo; infatti "mangiano"
circondando frammenti di cibo con gli pseudopodi e quindi incorporandoli all’interno
della cellula attraverso la formazione dei vacuoli digestivi più sopra descritti.
Riproduzione: L’ameba ha una riproduzione asessuata per scissione binaria: la
cellula madre si divide e produce due copie più piccole di se stessa. La riproduzione
avviene quando l’ameba replica il proprio materiale genetico, crea due nuclei
(attraverso un processo di scissione) e comincia a cambiare forma, restringendosi al
centro. Questo processo generalmente prosegue fino alla definitiva separazione in
due cellule.
FUNZIONALITA’ CELLULARE
Come altri organismi unicellulari, le amebe mantengono la propria funzionalità
attraverso una serie di ‘macchine in miniatura’ dette organelli, alcuni dei quali descritti
più sopra. Questa sezione illustra il nucleo, la membrana cellulare e altre
caratteristiche tipiche di una cellula perfettamente funzionante, oltre ad alcune delle
sue funzioni vitali.
Il nucleo: E’ il "cervello" della cellula: al suo interno sono contenute le informazioni
genetiche che determinano tutti i processi naturali di un organismo. Si tratta
dell’organello principale dell’ameba; situato in posizione centrale, controlla la
riproduzione (contiene i cromosomi – vedi Introduzione al DNA) e molte altre
importanti funzioni, fra cui l’alimentazione e la crescita.
La membrana cellulare: Detta anche membrana plasmatica, è un sottile strato semipermeabile di proteine e fosfolipidi (grasso) che circonda l’ameba, svolgendo un ruolo
sia strutturale che protettivo. Proteine e molecole di grasso sono strutturate secondo
un fluido modello a mosaico nel quale un doppio strato di fosfolipidi crea una barriera
con l’aiuto delle proteine. L’effetto-barriera della membrana cellulare protegge l’ameba
dalla penetrazione di corpi estranei ed evita al suo contenuto (ad esempio al
citoplasma) di disperdersi. La membrana plasmatica consente solo il passaggio di
materiale selezionato, e per questo motivo viene definita “selettivamente permeabile”.
Per consentire lo scambio (assorbimento e secrezione) di materiale fra l’interno e
l’esterno della cellula esistono diversi metodi, elencati qui di seguito.
-- Trasporto attivo – Trasporto di molecole attuato con la collaborazione attiva di un
vettore in grado di trasportare il materiale contro un gradiente di concentrazione
naturale.
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-- Trasporto passivo (diffusione) – Movimento di molecole da aree ad alta
concentrazione (esterne alla cellula) ad aree a bassa concentrazione (interne alla
cellula) tramite un vettore. Questo processo non richiede energia.
-- Diffusione semplice – Movimento di molecole allo stato libero da aree ad alta
concentrazione ad aree a bassa concentrazione. L’osmosi dell’acqua prevede questo
tipo di diffusione attraverso una membrana selettivamente permeabile (membrana
plasmatica).
Alcune cellule sono circondate da un ulteriore strato esterno: la parete cellulare. Tale
struttura, tipica delle piante ma non degli animali, svolge un ruolo strutturale e
protettivo e non è presente nell’ameba.
Fra le altre carateristiche cellulari ricordiamo:
-- il mitocondrio – un importante organello coinvolto nella respirazione;
-- il citoplasma – come detto, un materiale gelatinoso che costituisce la parte
principale della cellula; come il nucleo, gli organelli sono circondati dal citoplasma;
-- l’apparato di Golgi – l’area in cui vengono create le glicoproteine;
-- il reticolo endoplasmatico - un importante organello responsabile della sintesi delle
proteine;
-- i vacuoli – complessi di sostanze utilizzati dalla cellula o secreti da essa.
SPECIALIZZAZIONE CELLULARE
L’ameba è un tipico esempio di organismo unicellulare, ma il mondo è popolato anche
da numerosi organismi pluricellulari come noi, formati da milioni di cellule che
collaborano in modo armonico. All’interno di un organismo le cellule possono
specializzarsi nell’esecuzione di una particolare funzione, generalmente nell’ambito di
un tessuto più vasto dove molte cellule dello stesso tipo lavorano insieme. Ad
esempio:
- le cellule nervose gestiscono il sistema nervoso inviando e ricevendo messaggi
attraverso il cervello, che ne rappresenta l'elemento centrale;
- le cellule epiteliali rendono la pelle impermeabile e la proteggono dagli agenti
patogeni presenti nell’ambiente esterno;
- i tubi dello xilema trasportano l’acqua lungo le piante e forniscono loro un
sostegno strutturale.
In questi tipi di tessuto, le cellule uniscono gli sforzi per una causa comune. Il compito
di una cellula specializzata determina il modo in cui si svilupperà, dato che cellule
diverse sono adatte a scopi diversi, come illustrano l’elenco riportato sopra e
l’esempio qui sotto.
-- Le cellule muscolari hanno una struttura liscia ed allungata, e la loro natura elastica
consente l’esecuzione di movimenti flessibili come quelli del nostro corpo.
-- Alcuni globuli bianchi contengono potenti enzimi digestivi che eliminano gli agenti
patogeni scomponendoli a livello molecolare.
-- Le cellule che compongono la parte posteriore dell’occhio sono sensibili agli stimoli
luminosi e sono quindi in grado di cogliere le differenze di intensità della luce, che
possono poi venire interpretate dal sistema nervoso e dal cervello.
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Molte di queste cellule contengono organelli, sebbene alcune di esse, dopo essersi
specializzate, non possiedano più caratteristiche particolari (non avendone più
necessità). In altre parole, tutto punta all’efficienza: nessuna risorsa viene sprecata e
le risorse disponibili vengono utilizzate in modo ottimale.
INTRODUZIONE AL DNA
La struttura, la tipologia e le funzioni di una cellula sono tutte determinate dai
cromosomi presenti nel nucleo. I cromosomi sono formati dal DNA, sigla che indica
l’acido desossiribonucleico.
Il DNA determina tutte le caratteristiche di un organismo e contiene tutto il materiale
genetico che compone ciascun individuo. Nell’ambito di una specie, queste
informazioni vengono trasmesse di generazione in generazione in modo che la prole
possa utilizzarle al meglio durante il proprio ciclo di vita.
Struttura del DNA e nucleotidi
Il DNA è disposto secondo una struttura a doppia elica le cui spirali si intersecano fra
loro, ripiegandosi continuamente su se stesse senza però mai avvicinarsi o
allontanarsi ulteriormente. La figura che segue mostra un nucleotide, l’elemento
costitutivo del DNA.
In una sequenza di DNA possono essere presenti quattro diversi tipi di nucleotidi:
adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Nella doppia elica citata sopra, i
nucleotidi sono dsposti a coppie adiacenti (timina e adenina, guanina e citosina).
Nel nostro genoma esistono miliardi di questi nucleotidi, e le loro innumerevoli
combinazioni rendono ogni individuo unico nel suo genere.
Replicazione del DNA
Le cellule non vivono per sempre: devono quindi poter trasferire le proprie
informazioni genetiche a nuove cellule ed essere in grado di replicare il proprio DNA in
modo da trasmetterlo alla prole. E’ inoltre necessario che vengano copiati alcuni
frammenti specifici di DNA (geni), responsabili di particolari funzioni corporee.
E’ essenziale che la replicazione sia ESATTA. Affinché possa avvenire, devono
essere disponibili:
-- il DNA stesso, cioè un modello da riprodurre esattamente;
-- una riserva di nucleotidi utilizzabili;
-- gli enzimi necessari a stimolare la reazione;
-- ATP per fornire l’energia richiesta dalla reazione stessa.
Durante la replicazione, la doppia elica del DNA si svolge in modo che ciascun
filamento risulti esposto. Svolgendosi, i nucleotidi si dispongono in modo da potersi
accoppiare con altri nucleotidi liberi. Quando tutti i nucleotidi hanno formato nuove
coppie, si riavvolgono ancora a doppia elica. Dato che la replicazione coinvolge due
filamenti di DNA, la doppia elica di partenza produrrà quindi 2 copie di se stessa.
Il DNA duplicato viene definito semi-conservativo perché possiede il 50% del
materiale genetico originale. Le 2 nuove copie hanno esattamente lo stesso DNA che
componeva il modello di partenza. Questa tecnica di replicazione consente il
trasferimento delle informazioni genetiche da una cellula all’altra e dai genitori alla
prole.
LO SAPEVATE?
Le amebe usano delle "ostetriche" per riprodursi
Partorire non è mai stato facile. La natura sembra avere deciso che chiunque desideri
procreare deve fare uno sforzo: solo il più adatto sopravvive. Un gruppo di ricerca
interdisciplinare del Weizmann Institute ha scoperto che nel microscopico mondo delle
amebe esistono le "ostetriche".
Gli scienziati hanno scoperto che in un certo tipo di ameba il processo di separazione
si blocca poco prima di essere completato. Le due cellule rimangono unite da un
sottile peduncolo che hanno difficoltà a recidere utilizzando i meccanismi tradizionali.
Fino a poco tempo fa si ipotizzavano solo due possibili soluzioni a questa difficile
situazione: nella prima le due cellule, "madre" e "figlia," tiravano il peduncolo che le
teneva unite fino a romperlo, potendo poi iniziare entrambe una nuova vita; nella
seconda le due cellule tiravano il peduncolo comunque, ma non riuscivano a
staccarsi. Dopo un po’ rinunciavano e tornavano ad essere un’unica cellula, a qusto
punto con due nuclei. Lo studio ha ora rivelato un terzo scenario, caratterizzato dalla
presenza di un’ameba "ostetrica".
Con grande sorpresa, gli studiosi hanno scoperto che in un significativo numero di
casi, quando due amebe hanno difficoltà a separarsi, una terza ameba corre in aiuto e
si insinua fra loro, esercitando pressione finché il “cordone ombelicale” non si spezza
e le due amebe sono libere di andare ognuna per la sua strada.
I ricercatori hanno dimostrato inoltre che le amebe in difficoltà inviano all’esterno una
richiesta di aiuto chimica. Quando, all’interno di un recipiente di coltura, il liquido nelle
vicinanze del “restringimento” di un’ameba in fase di divisione viene raccolto e
successivamente liberato in un diverso punto del recipiente, altre amebe accorrono
verso quel punto, proprio come ostetriche che rispondano alle grida di una donna in
travaglio. Il fenomeno risulta ancor più pronunciato se l’operatore si limita a muovere
all’interno del recipiente la punta della pipetta contenente il liquido, causando una vera
“rincorsa” da parte delle amebe.
Gli scienziati ritengono che il segnale chimico emesso da un’ameba in fase di
divisione sia una sostanza complessa, unica nel suo genere, presente nella
membrana dell’ameba e formata da un lipide, un frammento di proteina e alcuni
zuccheri. Quando un’ameba tenta di dividersi, la membrana nella zona del
restringimento si allunga e viene sottoposta a uno sforzo enorme. Tale alterazione
meccanica potrebbe causare il rilascio della sostanza nell’ambiente circostante,
traducendosi in una richiesta di aiuto per l’ameba “ostetrica”.
I ricercatori intendono studiare ulteriormente questo fenomeno e in particolare la
composizione esatta della sostanza liberata, il meccanismo di emissione da parte
dell’ameba in fase di divisione e la natura dei ricettori dell’”ostetrica”. Lo studio
potrebbe contribuire ai futuri tentativi di controllare le malattie infettive di cui l’ameba è
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responsabile (ad esempio la dissenteria) attraverso nuove terapie mirate alla sua
riproduzione.
BIBLIOGRAFIA:
Col, Jeananda 1996, Enchanted Learning [Online],
http://www.enchantedlearning.com, 7 Nov, 2005.
Biology-Online.org 2005, Biology Online - Information in the Life Sciences [Online],
http://www.biology-online.org/, 8 Nov, 2005.
ScienceDaily LLC 1995, Amoebas Use & “Midwives” To Reproduce [Online],
http://www.sciencedaily.com/releases/2001/03/010322075538.htm, 8 Nov, 2005.
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