Chi non è mai stato punto da una medusa alzi la mano. Ora alzi la mano chi può descrivere il processo che ha subito. Sappiamo tutti che la puntura di medusa può essere molto dolorosa.
Ma come funzionano le cellule urticanti delle meduse e dei loro cugini coralli e anemoni di mare? Una nuova ricerca dello Stowers Institute for Medical Research svela un preciso modello operativo per l’organello urticante dell’anemone di mare stellato, Nematostella vectensis. Lo studio è pubblicato online su Nature Communication. Il lavoro ha comportato l’applicazione di tecnologie di imaging microscopico all’avanguardia e lo sviluppo di un modello biofisico per consentire una comprensione completa di un meccanismo che è rimasto elusivo per oltre un secolo.
Nuovo modello di funzionamento delle cellule urticanti svela il meccanismo di puntura delle meduse
Il nuovo modello di funzionamento delle cellule urticanti fornisce indicazioni cruciali sull’architettura straordinariamente complessa e sul meccanismo di attivazione delle nematocisti, il nome tecnico degli organelli urticanti delle meduse. Karabulut e Gibson, in collaborazione con scienziati dello Stowers Institute Technology Centers, hanno utilizzato approcci avanzati di imaging, microscopia elettronica tridimensionale e knockdown genico per scoprire che l’energia cinetica necessaria per perforare e iniettare il veleno in un bersaglio coinvolge sia la pressione osmotica sia l’energia elastica immagazzinata all’interno di molteplici sottostrutture di nematocisti.
Le tre fasi della puntura
Utilizzando questi metodi all’avanguardia, i ricercatori hanno caratterizzato la scarica esplosiva e la trasformazione biomeccanica delle nematocisti di N. vectensis durante la puntura, suddividendo questo processo in tre fasi distinte.
- La prima fase è la scarica iniziale, simile a un proiettile, e la penetrazione nel bersaglio di un filo densamente arrotolato dalla capsula della nematocisti. Questo processo è guidato da una variazione della pressione osmotica dovuta all’improvviso afflusso di acqua e allo stiramento elastico della capsula.
- La seconda fase segna la fuoriuscita e l’allungamento della struttura del fusto del filo, che viene ulteriormente spinto dal rilascio di energia elastica attraverso un processo chiamato estroflessione – il meccanismo per cui il fusto si capovolge – formando una struttura a tripla elica che circonda un fragile tubulo interno decorato con barbe contenenti un cocktail di tossine.
- Nella terza fase, il tubulo inizia il suo processo di estroflessione per allungarsi nel tessuto molle del bersaglio, rilasciando neurotossine lungo il percorso.
L’intera operazione di puntura viene completata in pochi millesimi di secondo, il che la rende uno dei processi biologici più veloci in natura.
Come avviene la puntura delle meduse?
Sottolineiamo che l’intero processo è scatenato dal contatto e fuori dal controllo della medusa. In altre parole la medusa punge qualsiasi oggetto che tocchi i tentacoli ma non ha la volontà di pungerci, di solito siamo noi a toccarla e scatenare il processo. Basterebbe un po’ di attenzione, magari una maschera da snorkeling.
Per chi volesse approfondire
Ahmet Karabulut, Melainia McClain, Boris Rubinstein, Keith Z. Sabin, Sean A. McKinney, Matthew C. Gibson. The architecture and operating mechanism of a cnidarian stinging organelle. Nature Communications, 2022; 13 (1) DOI: 10.1038/s41467-022-31090-0
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