Fuori in mare, uno scienziato tiene un campione di plancton alla luce e ne osserva il contenuto luccicante. Questo spettacolo scintillante è causato da migliaia di organismi microscopici che vivono sulla superficie del mare, il loro intricato, scheletri cristallini che rifrangono e riflettono la luce del sole.

Questi organismi, un tipo di plancton chiamato acantharians, sono molto abbondanti in tutti gli oceani del mondo e sono importanti riciclatori di carbonio e altri nutrienti all'interno dell'ecosistema marino.

Gli acantari sono difficili da studiare. Non crescono in laboratorio e sono così delicati e fragili che spesso vengono distrutti durante il campionamento. E poiché sono troppo piccoli per essere visti ad occhio nudo, raccolgono meno interesse da parte dei ricercatori rispetto ad altri organismi marini, come i coralli costruttori di barriere coralline. Ma Margaret Brisbin, un dottorato di ricerca studente presso l'Unità di Biofisica Marina presso l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), pensa che questi organismi meritino un'occhiata più da vicino.

Forse la cosa più interessante degli acantari è la loro relazione simbiotica con le alghe fotosintetiche che vivono al loro interno. Le alghe aiutano il plancton fornendogli carbonio organico, permettendo loro di vivere in ambienti a basso contenuto di nutrienti dove molti altri organismi non possono sopravvivere.

Questi piccoli ospiti planctonici e i loro partner algali potrebbero avere un ruolo importante nella rimozione dell'anidride carbonica dall'atmosfera. Le alghe simbiotiche fissano l'anidride carbonica ad alta velocità durante la fotosintesi, ma quando i loro ospiti muoiono i loro pesanti scheletri di stronzio li portano sul fondo dell'oceano, bloccando il carbonio in profondità sotto la superficie e tenendolo fuori dall'atmosfera. "Nel nostro presente, atmosfera arricchita di carbonio, è preferibile, in un modo, avere fotosintetizzatori ad affondamento rapido, " spiega Brisbin.

Ma cosa, se qualcosa, il guadagno di alghe da questa simbiosi non è chiaro. Alcuni biologi pensano che la relazione tra gli ospiti planctonici e le alghe simbionti sia un parassitismo inverso, una sorta di schiavitù, dove gli ospiti sfruttano le alghe. Però, Brisbin pensa che potrebbe esserci dell'altro nella storia.

"Sono interessato a scoprire se le alghe stanno ottenendo qualcosa dalla relazione, o se vengono semplicemente allevati dal plancton e digeriti in seguito, " lei dice.

Brisbin e colleghi hanno raccolto campioni di acqua di mare traboccante del minuscolo plancton durante un viaggio di ricerca di un mese nel Mar Cinese Orientale. Filtravano l'acqua di mare attraverso una rete di plancton per raccogliere gli acantari, quindi trasferito ogni singola cellula ospite in un piatto separato, uno per uno, utilizzando una micropipetta di vetro. Hanno anche conservato alcuni campioni di acqua di mare da ciascun sito in modo da poter confrontare le alghe libere nell'acqua con le alghe trovate all'interno degli ospiti planctonici.

Prossimo, hanno fatto un'analisi genetica degli organismi, estrazione di RNA da singole cellule ospiti e sequenziamento di un gene marcatore con il supporto della sezione di sequenziamento dell'OIST per determinare il numero di diversi tipi di alghe all'interno di ogni singolo ospite acantario. Hanno scoperto che ogni ospite contiene una comunità diversificata di alghe simbionti, suggerendo che gli ospiti del plancton raccolgono alghe più volte durante la loro vita. I loro risultati sono disponibili come prestampa su bioRxiv.

I ricercatori hanno anche scoperto che le sequenze genetiche delle alghe all'interno degli ospiti del plancton differivano significativamente da quelle delle alghe nell'acqua di mare prelevata da dove è stato trovato il plancton, il che significa che le due popolazioni contengono diversi tipi di alghe. Ciò implica che il plancton stia scegliendo quali alghe specifiche assorbire, o che le alghe simbiotiche rimangano al loro interno per lunghi periodi di tempo.

La microscopia confocale a fluorescenza sugli organelli digestivi degli acantharians ha rivelato che gli organismi non stavano digerendo le alghe. Ciò è coerente con l'idea che le alghe vengano mantenute dai loro ospiti nel tempo.

Una permanenza prolungata all'interno degli ospiti del plancton può proteggere le alghe dall'essere mangiate da altri organismi o proteggerle dall'infezione virale. Ulteriori studi dovranno esplorare se le alghe stanno davvero raccogliendo benefici dalla simbiosi, ma i ricercatori hanno concluso che è almeno possibile che questa relazione sia mutualistica, piuttosto che di sfruttamento, come precedentemente proposto.