I gamberi mantide accendono la luce rossa, in laboratorio

All'interno dell'occhio di un gambero mantide lavorano insieme circa 30 pigmenti visivi, contro tre in quello umano. Per decenni ecologi e biologi si sono chiesti perché questo crostaceo ne abbia bisogno di tanti. Un team dell'Università di Liegi (ULiège) e dell'Università Humboldt di Berlino li ha ora esaminati uno per uno, scoprendo che alcuni rispondono alla luce rossa, una parte dello spettro che pochissimi animali riescono a percepire. I risultati sono pubblicati su Science Advances.

La visione inizia con le opsine, proteine che catturano la luce. Combinate con la retinale, una piccola molecola derivata dalla vitamina A, formano i pigmenti visivi della retina. Negli esseri umani, un pigmento che assorbe un fotone perde la sua retinale e deve rigenerarsi prima di tornare operativo: per questo una lampada molto intensa lascia per un po' delle macchie nel nostro campo visivo. Quattro dei pigmenti dei gamberi mantide sono diversi. Sono bistabili: un secondo fotone ripristina la retinale, quindi il pigmento può passare tra due stati stabili con la sola luce. Due sono attivati dalla luce rossa e disattivati dalla luce blu. Le altre due funzionano al contrario, attivate dal blu e disattivate dall'arancione.

La parte difficile è stata la misurazione. Marjorie Liénard, ricercatrice del GIGA–ULiège, ha sviluppato una piattaforma di espressione in vitro che produce queste proteine al di fuori dell'animale. Il team l'ha combinata con le competenze di elettrofisiologia del laboratorio di Peter Hegemann, all'Università Humboldt. Delle 17 opsine della fascia mediana, 12 sono pigmenti verdi standard, simili ai nostri, tre sono sensibili all'infrarosso e due sono bistabili blu-arancione. «È la prima volta che si descrivono pigmenti del genere in un animale che utilizza lo stesso cromoforo degli esseri umani», spiega Liénard. Combinata con i filtri colorati dell'occhio, la sensibilità raggiunge 687 nanometri.

Secondo il team, il gambero cambia la combinazione dei suoi pigmenti in base alla luce circostante. Liénard la paragona a un paio di occhiali da sole di giorno e a una torcia al crepuscolo: con la luce intensa si saturano i pigmenti ultravioletti, blu e verdi, mentre le opsine rosse continuano a funzionare; all'alba e al tramonto l'animale si affida invece alle opsine verdi e alle opsine bistabili blu. Non è ancora confermato come usi questo meccanismo per cacciare, evitare i predatori o difendere il proprio territorio, e servirebbero esperimenti comportamentali, difficili da condurre con predatori così robusti.

La prospettiva più concreta è l'optogenetica, una tecnica che controlla l'attività delle cellule con la luce. A differenza delle channelrodopsine dell'alga Chlamydomonas reinhardtii, queste opsine appartengono ai recettori accoppiati a proteine G, che innescano cascate di segnalazione all'interno delle cellule. Questa famiglia è coinvolta in malattie cardiovascolari, neurologiche e infiammatorie. La luce rossa penetra più in profondità nei tessuti e danneggia meno le cellule rispetto a quella blu o ultravioletta, quindi un interruttore che si accende con il rosso e si spegne con il blu potrebbe, in linea di principio, modulare quelle vie in modo preciso e reversibile. Nulla di tutto questo è ancora stato sviluppato. Il team vuole ora rendere la segnalazione più selettiva, cercare proteine simili in specie strettamente imparentate e capire cosa rende alcune di esse bistabili. Non fornisce alcuna data. «La natura custodisce ancora molte innovazioni», afferma Liénard, «che possono essere scoperte solo attraverso» approcci di questo tipo.