Ecco come i tardigradi entrano in uno stato di animazione sospesa.

I ricercatori hanno scoperto un sensore molecolare che dice ai tardigradi che è ora di diventare più resistenti.

Gli animali microscopici a otto zampe, noti anche come orsi d'acqua o maialini di muschio, sono pressoché invincibili quando sono inattivi. Quando le cose si fanno difficili, gli invertebrati microscopici si arrotolano a forma di palla chiamata tun. Ritraggono le zampe, eliminano l'acqua, trasformano l'interno in vetro e rallentano il loro metabolismo a livelli impercettibili (SN: 16/12/15). In tale stato, i tardigradi sono in grado di resistere completamente all'essiccazione, ai viaggi spaziali, ai raggi X e ad altri insultii estremi, ma non sono del tutto indistruttibili (SN: 13/7/22; SN: 2/6/21).

"I tardigradi non sono estremofili, sono estremamente tolleranti", afferma Derrick Kolling, un chimico presso la Marshall University a Huntington, West Virginia.

Le modifiche chimiche chiamate ossidazione dell'aminoacido cisteina innescano lo stato di tun, hanno scoperto Kolling e colleghi. Invertendo quel processo di ossidazione, i tardigradi escono dallo stato di quiescenza, riferisce il team il 17 gennaio in PLOS One.

Gli scienziati si sono a lungo chiesti cosa spinga l'ingresso e l'emergenza dei tardigradi dallo stato di tun, afferma Hans Ramløv, fisiologo comparativo presso l'Università di Roskilde in Danimarca, non coinvolto nello studio. Sapere che l'ossidazione della cisteina è la chiave è "ispirante", ma anche "un po' irritante per me, perché ho sempre affermato che la trasformazione era passiva, e ora vedo che non è assolutamente passiva".

La scoperta aiuta a spiegare alcuni aspetti della biologia degli orsi d'acqua e forse anche quella di altri organismi che entrano in animazione sospesa, quando il metabolismo scende a zero e gli animali sono essenzialmente morti, dice Ramløv. Ad esempio, i tardigradi hanno un metabolismo molto elevato quando emergono dalla quiescenza. Questo potrebbe essere perché stanno attivamente invertendo l'ossidazione della cisteina e riparando i danni causati dall'ossidazione, afferma. Ma una domanda fondamentale rimane. "Ovviamente non spiega come si può fermare il metabolismo e morire e riavviare il metabolismo e vivere".

Il progetto è nato "per caso", dice Kolling. "Ero curioso dei tardigradi. Sono stati molto nelle notizie". Quindi ha detto al suo laboratorio, "i tardigradi sono facili da trovare. Prendiamone qualcuno e mettiamolo in uno strumento che abbiamo qui". Quello strumento era uno spettrometro EPR. Gli scienziati lo usano per studiare atomi e molecole che hanno elettroni non accoppiati.

Utilizzando lo strumento, Kolling e colleghi hanno visto che mentre i tardigradi Hypsibius exemplaris entravano nello stato di tun, i livelli di superossidi aumentavano. I superossidi sono molecole di ossigeno a cui è stato aggiunto un elettrone, lasciando un elettrone non accoppiato e pronto a reagire con altri atomi e molecole. Le sostanze chimiche instabili, a volte chiamate specie ossigenate reattive o radicali liberi, possono danneggiare le proteine e altri componenti delle cellule.

Ma i superossidi possono anche essere utilizzati per inviare segnali, afferma Leslie Hicks, un chimico dell'Università della Carolina del Nord a Chapel Hill. Il suo laboratorio si è unito a quello di Kolling per decifrare ciò che stava accadendo ai tardigradi. Uno dei primi passi dei ricercatori è stato esporre i tardigradi a un tipo di stress che normalmente non incontrerebbero.

"Lanciamo perossido di idrogeno agli orsi e vediamo se possono formare tuns a causa di tale stress", ricorda Hicks di aver detto ai suoi colleghi. Il team ha testato diverse concentrazioni di perossido di idrogeno, una potente sostanza ossidante. E infatti, i tardigradi sono entrati in modalità di tun con il perossido di idrogeno diluito. Rimuovendo il perossido di idrogeno, gli orsi d'acqua si sono svegliati di nuovo. Ciò ha indicato ai ricercatori che l'ossidazione era un segnale importante per entrare e uscire dalla quiescenza.

Approfondendo ulteriormente, Hicks e colleghi hanno esaminato l'ossidazione della cisteina, uno degli amminoacidi che compongono le proteine negli esseri viventi. L'esposizione al perossido di idrogeno o ad altre sostanze chimiche instabili può causare cambiamenti chimici nella cisteina, alcuni reversibili e altri no. A loro volta, tali cambiamenti possono alterare la struttura e l'attività enzimatica delle proteine.

Bloccare l'ossidazione della cisteina ha impedito ai tardigradi di formare tuns innescati dall'esposizione a livelli elevati di sale o zucchero, ha scoperto il team. Bloccare l'ossidazione della cisteina ha anche eliminato la capacità dei tardigradi di sopravvivere al congelamento, anche se gli animali piccoli e resilienti non formano tuns quando sono congelati. Ciò suggerisce che l'ossidazione della cisteina potrebbe essere un importante elemento di tutti i meccanismi di sopravvivenza degli orsi d'acqua, afferma Hicks.

I ricercatori non hanno testato l'essiccazione, dice Kazuharu Arakawa, biologo dei sistemi presso l'Università di Keio a Fujisawa, Giappone, non coinvolto nello studio. È curioso di scoprire se anche altre specie di tardigradi che possono tollerare l'essiccazione senza formare tuns dipendano dall'ossidazione. L'ossidazione potrebbe essere importante anche per altre specie non correlate ai tardigradi, aggiunge Arakawa. Ad esempio, altri ricercatori hanno dimostrato che l'ossidazione è importante per alcuni tricotteri per sopravvivere all'essiccazione.