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Introduzione all'ecosistema binario di Tau Ceti IV
INTRODUZIONE
Il piccolo pianeta Tau Ceti IV presenta un ecosistema
estremamente anomalo: esso infatti è costituito da due sole
forme di vita che, contrariamente a quanto sarebbe logico
aspettarsi, sono altamente specializzate e organizzate, segno
evidente di una lunga evoluzione. Un'analisi delle possibili
cause di questa evoluzione anomala è presentata in diversi altri
studi [1, 2, 3] ma esula dagli scopi di questa pubblicazione.
In questo saggio vogliamo dare una visione panoramica sui fatti
noti e le ipotesi relative alle due forme di vita di Tau Ceti IV,
note come MSADU (mucche sferiche a densità uniforme) e FCADU
(fieno cilindrico a densità uniforme), con particolare
riferimento alla loro struttura anatomica e al loro ciclo vitale.
Poichè entrambi questi esseri hanno alcune caratteristiche
estremamente peculiari e sconosciute nelle forme di vita
terrestri, queste verranno trattate in un capitolo a parte.
Prima di entrare nei dettagli vogliamo comunque ricordare che,
nonostante i primi rapporti [1, 2] distinguessero una terza forma
di vita dal nome di TTADU (toro toroidale a densità uniforme),
questa creatura è risultata essere semplicemente la forma
maschile della MSADU, e non una specie a sè stante [3].
GENERALITA`
Per poter parlare delle caratteristiche delle forme di vita di
Tau Ceti IV è necessario prima delinearne alcune delle
caratteristiche più peculiari.
La prima anomalia, che ha notevolmente sorpreso i primi
ricercatori [4, 5, 6] e che ha condotto inevitabilmente alla
scelta del nome per questi organismi, è il fatto che la loro
densità (massa per unità di volume) è assolutamente uniforme e
la loro forma costante.
Questo significa che ogni parte di ciascun organismo, ogni
organo, ogni goccia di citoplasma, ha esattamente la stessa
densità (1.232+-0.003 g/cc), in ogni condizione e che la forma
della membrana cellulare non varia mai.
E` stato pubblicato uno studio sulle possibili cause evolutive di
questo sconcertante fenomeno e ad esso rimandiamo i lettori
interessati all'argomento [7].
La seconda anomalia è data dal fatto, tutt'altro che ovvio a
prima vista, che queste creature non possono essere considerate
nè esseri unicellulari, nè organismi pluricellulari [4, 5].
A un esame superficiale potrebbero venir scambiati per
procarioti: un'unica membrana lipidica esterna, il corredo
genetico (acidi nucleici, sotto forma di molecole
sorprendentemente simili al DNA degli organismi terrestri)
distribuito più o meno uniformemente nel citoplasma, i
meccanismi di riproduzione che richiamano molto da vicino il
ciclo mitotico delle cellule terrestri.
D'altra parte, a un'analisi più approfondita, si può notare che
gli acidi nucleici distribuiti nel citoplasma non sono diverse
parti del corredo genetico della cellula ma tante copie identiche
di un'unica lunga catena di acidi nucleici che costituisce
l'intero corredo genetico.
A fronte dell'enorme specializzazione e della complessità di
struttura interna di questi organismi, è più agevole
considerarli non tanto come esseri unicellulari, quanto come
organismi pluricellulari differenziati le cui "cellule" non sono
limitate da una membrana, come accade negli organismi terrestri,
ma "aperte". La stabilità della struttura interna di questa
"multicellula" e il confinamento delle reazioni all'interno dei
singoli organi sembra affidata in massima parte a una struttura
reticolare composta da alcune glicoproteine, estremamente
complesse, che sembra costituire lo "scheletro", la struttura di
sostegno, su cui si basa la differenziazione all'interno della
cellula e, contemporaneamente, possiede diverse proprietà comuni
a quelle delle membrane citoplasmatiche delle cellule di origine
terrestre come, ad esempio, la capacità di regolare localmente
la velocità di molte reazioni chimiche e quella di mantenere
gradienti di concentrazione di alcuni ioni tra diverse parti del
citoplasma [8, 9].
Ci si scuserà quindi se nel seguito, a seconda dei casi di volta
in volta trattati, utilizzeremo per descrivere la struttura del
FCADU e della MSADU una terminologia formalmente impropria,
assimilando questi esseri ora a singole cellule ora a organismi
pluricellulari; questo è dovuto semplicemente al fatto che essi
non sono nè le une nè gli altri.
ANATOMIA E CICLO VITALE DEL FCADU
Il fieno cilindrico a densità uniforme si presenta sotto forma
di filamenti cilindrici del diametro di 2.5+-0.3 micron e di
lunghezza variabile dai 10 micron a diversi centimetri [5, 10].
La sua struttura è relativamente semplice: immediatamente
all'interno della membrana cellulare si trova un complesso
formato da 42 tubuli disposti a elica su 3 strati lungo tutta la
lunghezza del filamento e che ricoprono completamente la membrana
stessa. Sono questi tubuli che contengono il pigmento giallo-
verde che da al FCADU il suo colore caratteristico e che svolge
l'azione di fotosintesi [5, 11]. Procedendo verso l'asse del
cilindro si incontra una struttura a simmetria radiale, a 14
raggi, che sembra avere una funzione prevalentemente strutturale,
garantendo la rigidità della cellula. Infine, vicino all'asse
del cilindro, troviamo il materiale genetico della cellula, sotto
forma di singole catene di nucleotidi distanziate dai 4 agli 8
micron l'una dall'altra lungo l'asse [12, 13].
Il FCADU assorbe acqua, sali minerali, anidride carbonica e azoto
gassoso attraverso la membrana cellulare e, per la stessa strada,
espelle ossigeno e ammoniaca [5, 10, 12]. In condizioni
ambientali ottimali, una cellula di FCADU è in grado di
aumentare di peso (e quindi di lunghezza, visto che il suo
diametro rimane costante) di circa il 3% al giorno.
Con l'accrescimento della cellula le singole catene nucleotidiche
vengono a trovarsi a distanze progressivamente sempre maggiori
finchè, quando la distanza tra queste raggiunge un valore vicino
agli 8 micron, inizia la nucleosintesi: da ogni catena di DNA ne
viene prodotta un'altra, uguale alla precedente, con la
mediazione di un template quasi-complementare che viene distrutto
al termine dell'operazione [13]. Appena completata la
duplicazione le due molecole migrano lungo l'asse della cellula
in direzioni opposte, fino a diventare equidistanti rispetto alle
analoghe molecole vicine [13, 14].
Quando una sezione di un filamento di FCADU viene danneggiata da
agenti esterni, la cellula si spezza in tre tronconi: quello
centrale, contenente la parte danneggiata, muore; i due segmenti
terminali invece ripristinano la sezione laterale della membrana
cellulare e diventano due cellule distinte. E` da notare comunque
che questa fissione della cellula è l'eccezione, non la regola:
se non intervengono azioni esterne la cellula può continuare a
crescere indefinitamente [14, 15, 16].
Nel tentativo di indurre sperimentalmente delle mutazioni in
cellule di FSADU è stata scoperta l'esistenza di un sistema
estremamente efficiente di protezione genetica: se si danneggia
una delle catene nucleotidiche (ad esempio mediante irraggiamento
gamma [13, 16] o riducendo localmente la disponibilità di uno
dei 6 nucleosidi, sostituendolo con un'antagonista durante la
replicazione [17]) la catena aberrante viene rapidamente
distrutta e quelle vicine migrano per riportare l'equidistanza.
E` stato suggerita [17, 18] l'esistenza di un meccanismo in grado
di distruggere il DNA se questo risulta differente da ambedue le
catene vicine, ma non esistono ancora prove sperimentali a
sostegno di quest'ipotesi.
Quello che è certo è che, qualunque sia il meccanismo di
controllo, questo garantisce un'incredibile stabilità alla
specie, impedendo praticamente ogni mutazione [17].
ANATOMIA DELLA MSADU
La mucca sferica a densità uniforme è un organismo sferico con
un diametro variabile dai 12 ai 40 centimetri.
Nonostante la perfetta simmetria centrale della sua superficie
esterna, la MSADU è sostanzialmente un organismo a simmetria
radiale intorno ad un asse preferenziale, che chiameremo "asse
polare". Intorno all'asse polare vi sono 666 sezioni, o spicchi,
virtualmente identici tra loro [19].
E` notevole il fatto che la maggior parte delle strutture vitali
della MSADU si trovino nelle vicinanze del piano equatoriale
perpendicolare all'asse polare, in particolare il "cuore
elicoidale" e il "cervello" che sono per ora i suoi due unici
organi chiaramente riconoscibili. Il rimanente volume della MSADU
appare relativamente poco differenziato: al di là della
onnipresente rete di "vasi sanguigni" e di "fibre nervose" che
raggiunge praticamente ogni punto del volume della MSADU, con la
notevole eccezione delle zone intorno alle estremità dell'asse
polare, sono state individuate nel citoplasma un gran numero di
copie dell'unica catena di DNA della cellula e una struttura
reticolare basata sulla stessa A-SGP già vista nel FCADU che
riempie l'intero volume sferico [6, 7, 9, 20].
Nei prossimi paragrafi analizzeremo in dettaglio le nostre, per
ora purtroppo scarse, conoscenze sul sistema circolatorio e sul
sistema nervoso della MSADU, sulle differenze strutturali tra la
MSADU e il TTADU e sul loro meccanismo riproduttivi.
IL SISTEMA CIRCOLATORIO DELLA MSADU
Il sistema circolatorio della MSADU è costituito da una rete di
vasi, di diametro variabile da circa 10 micron alla periferia a
oltre 1 cm nel cuore elicoidale di una MSADU adulta, nei quali
scorre un fluido che, al pari del sangue, ha come funzione
primaria il trasporto dell'ossigeno e come scopo secondario la
distribuzione all'interno dell'organismo di sostanze capaci di
alterare localmente il metabolismo della cellula. Sono stati
individuati finora 17 "ormoni" nel sangue della MSADU e non c'è
dubbio che ulteriori ricerche permetteranno di riconoscerne altri
[21]. Il trasporto dell'ossigeno sembra essere legato
prevalentemente a una proteina coniugata contenente uno o più
atomi di cadmio nel gruppo prostetico, la cui struttura non è
ancora stata identificata con certezza [22].
Il fluido è mantenuto in circolazione mediante un sistema di
pompaggio estremamente singolare: il cosiddetto "cuore
elicoidale" della MSADU.
Il cuore elicoidale è costituito da cinque grossi vasi (da 5.5 a
13.5 mm di diametro, a seconda delle dimensioni della MSADU)
avvolti a elica intorno a una fibra "muscolare" di diametro circa
uguale. Questa struttura forma un anello, sul piano equatoriale
della MSADU di diametro pari a circa due terzi del diametro della
MSADU stessa, in modo tale che i vasi si richiudono su se stessi
dopo 133.2 spire, sfasati quindi di 72 gradi; pertanto più che
di cinque vasi distinti si dovrebbe parlare di un unico vaso che
compie cinque giri intorno all'equatore prima di richiudersi su
se stesso [23, 24].
La fibra muscolare centrale è in costante oscillazione
trasversale, in polarizzazione circolare, con un periodo di
2.5+-0.5 secondi. L'insieme si comporta come una pompa
peristaltica: in ogni istante, nello spazio compreso tra due nodi
dell'onda, si ha la compressione di ciascuno dei tre vasi, in
punti diversi [23, 24, 25] con il notevole risultato di
permettere il pompaggio del fluido circolatorio mantenendone
costante la densità [24, 25].
Infatti la fibra centrale non varia di dimensioni ma solo di
forma (in effetti si potrebbe dire che cambia solo di posizione
come una vite senza fine che, ruotando, sembra cambiare
**localmente** forma, ma globalmente rimane immutata) e la
pressione del fluido all'interno dei tre vasi è mantenuta
pressochè costante e uniforme e così la sua densità [25].
Lungo l'intera superficie esterna del cuore elicoidale si
innestano i vasi secondari che, ramificandosi, si diffondono in
tutta la cellula [26, 27]. Di particolare interesse quei
capillari che, raggiungendo la membrana cellulare, permettono lo
scambio gassoso con l'esterno (CO2 verso l'esterno e O2 verso
l'interno). Questo avviene in particolari siti, distribuiti
uniformemente sulla superficie della cellula, nei quali sembra
esistere un meccanismo di trasporto attivo dei gas attraverso la
membrana. I particolari di questo meccanismo sono tutt'ora
oggetto di studio [27, 28].
IL SISTEMA NERVOSO DELLA MSADU
La comunicazione tra le diverse parti di una MSADU sono affidate
prevalentemente a quello che, in mancanza di un termine più
appropriato, chiameremo il suo sistema nervoso [29].
Questo è costituito da una rete di fibre di natura
essenzialmente proteica. Ogni fibra è formata da una serie di
molecole proteiche, identiche tra loro, estremamente allungate e
circondate da una guaina fosfolipidica che ha la doppia funzione
di mantenere stabile la struttura terziaria della proteina [29,
30] e di permettere la trasmissione dell'impulso nervoso [30].
L'impulso si propaga lungo l'interfaccia tra la molecola proteica
e la guaina ed è costituito da una perturbazione del legame
esistente tra le molecole della guaina e un insieme di siti
attivi sulla proteina [30]. Le configurazioni delle due molecole
rendono possibili almeno due stati di combinazione tra esse, dei
quali uno stabile (S-0) e uno metastabile (S-1): quando una parte
della guaina viene forzata al legame di tipo S-1 torna
rapidamente allo stato stabile S-0 causando però il passaggio a
S-1 delle molecole a diretto contatto nella direzione
dell'estremità carbossilica della molecola proteica; queste a
loro volta ripeteranno il processo propagando l'impulso lungo la
molecola [30, 31]. L'energia necessaria per la transizione da S-0
a S-1 è ottenuta da una lunga catena ossidativa, non ancora
completamente compresa, sostenuta da un gran numero di enzimi
presenti nel citoplasma intorno alla fibra stessa [31].
CARATTERISTICHE PECULIARI DEL TTADU
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RIPRODUZIONE DELLA MSADU
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BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE
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