by Marco Picarella

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Ho voluto recuperare questo mio vecchio articolo e pubblicarlo nella sezione degli articoli didattici perché ritengo che possa essere presentato agli studenti come esempio di osservazione di un fenomeno naturalistico secondo il metodo scientifico.

Anche il linguaggio utilizzato si presta a questo scopo perché pur essendo rigoroso e corretto, doveva essere indirizzato ad un pubblico vasto (nella fattispecie gli appassionati di acquari) e doveva pertanto essere chiaro e comprensibile.

 

 

Premessa

Non è molto lontano dalla realtà affermare che i cianobatteri sono tra i motivi di maggiore preoccupazione degli appassionati di acquari. È ricorrente leggere nei vari forum del settore messaggi di utenti con richieste di aiuto conseguente a un’invasione, tale o presunta che sia, di questi microrganismi. Il mio consiglio in questi casi è innanzitutto riuscire a dimensionare correttamente il “problema”. La presenza dei cianobatteri infatti può essere abbastanza circoscritta ed allora questi microrganismi vanno considerati come una componente dell’ecosistema acquario, il quale ha meccanismi di autoregolazione (competizione interspecifica, cioè piante-cianobatteri; grazig, che sta ad indicare il consumo che ne fanno gli animali vegetariani) che se regolarmente in funzione, permetteranno di contenere la crescita dei cianobatteri. Nelle condizioni invece di reale sofferenza dell’acquario, come risultato di uno sviluppo eccessivo di questi microrganismi, bisogna intervenire più o meno drasticamente seguendo i numerosi consigli che sia in questo sito che altrove si possono trovare per combattere questi indesiderati ospiti dei nostri acquari.
In un caso o nell’altro risulta comunque sempre fondamentale possedere un’ampia e approfondita conoscenza della biologia di questi microrganismi per essere in grado di affrontarli con serenità e soprattutto con efficacia.
In questo articolo mi sono quindi posto l’obiettivo di investigare un po’ più da vicino i cianobatteri che da circa vent’anni sono abitanti saltuari del mio acquario.

Oltre ad essermi interessato agli aspetti tassonomici di questi cianobatteri (primo capitolo), che mi ha permesso di giungere ad una chiara identificazione della specie in esame, mi sono concentrato su una loro caratteristica, che da sempre ha attratto la mia attenzione per la sua peculiarità: il movimento (secondo capitolo). Questo è un fenomeno infatti che si osserva abbastanza raramente tra i microrganismi fotosintetici¹, se si esclude qualche specifico gruppo (come ad esempio le euglene e le alghe verdi flagellate). L’aspetto eclatante è che con un po’ di pazienza la mobilità di questi microrganismi può essere osservata anche ad occhio nudo, ed io sono riuscito a documentarla con una serie di istantanee che ho realizzato utilizzando una fotocamera digitale (Canon EOS 400D) su arco temporale di due settimane. La galleria fotografica che ne è conseguita è riportata più avanti e rappresenta sicuramente l’elemento di maggior rilievo in questo articolo e aiuta a visualizzare chiaramente lo spostamento degli individui di questa specie.

 

L’identificazione tassonomica

È ormai da qualche decennio che dal punto di vista sistematico i cianobatteri sono stati definitivamente separati dalle alghe per essere inclusi più correttamente tra gli Eubatteri, e ciò ha portato all’abbandono del termine di alghe azzurre con cui si designavano una volta questi microrganismi. D’altra parte le differenze tra tali gruppi sono ben evidenti, dato che se le alghe sono organismi eucarioti (cioè caratterizzati dalla presenza di un nucleo ben definito e di altri organelli cellulari), i cianobatteri hanno una struttura cellulare simile ai batteri e pertanto sono di tipo procariote.

Uno dei rappresentanti più noti, e anche più invisi, di cianobatteri tipici degli acquari è sicuramente Geitlerinema splendidum (Anagnostidis, 1989). Va qui precisato che questo cianobatterio era prima noto (e lo è tuttora in alcuni testi e in certi ambienti non strettamente scientifici) con il nome di Oscillatoria splendida (Greville ex Gomont, 1892). La revisione della sistematica dei cianobatteri compiuta a cavallo degli anni ’80 e ’90 da Anagnostidis & Komarek ha riclassificato questi microrganismi.

G. splendidum è una specie filamentosa che in acquario si presenta solitamente sotto forma di una sottile patina, indicata con il temine mat (in italiano feltro) nella letteratura scientifica di lingua inglese. Due sono le principali proprietà macroscopiche di questi aggregati cianobatterici che li rendono facilmente identificabili anche dagli acquariofili meno esperti: il colore verde intenso (tipo smeraldo) e un caratteristico odore sgradevole che ricorda quello del muschio.

Le aggregazioni di G. splendidum possono avere in acquario una distribuzione pressoché ubiquitaria; infatti ricoprono come un velo, piante intere o parti di esse (ad esempio singole foglie), arredamento (sassi, legni), il ghiaietto di fondo e i vetri. Nella Foto 1 è mostrata la lastra frontale del mio acquario su cui recentemente avevano aderito questi cianobatteri; si tratta di una situazione abbastanza consueta negli acquari che non deve però suscitare particolare preoccupazione fintantoché non sono interessate parti viventi. Va notato che sarebbe più esatto in questi casi indicare come zona di adesione dei cianobatteri la parte del vetro compresa tra ± 2 cm intorno alla linea di fondo; ritengo che questa localizzazione non sia casuale, perché è legata alla bassa circolazione dell’acqua, tipica degli strati interni del fondo; inoltre si tratta di una zona che è esposta sia all’illuminazione artificiale interna all’acquario, sia alla luce naturale.

Geitlerinema splendidum - foto01

Foto 1: Geitlerinema splendidum sotto forma di patina che ricopre parte del vetro frontale dell’acquario.

In linea generale le patine possono essere facilmente rimosse con vari attrezzi (pinza, raschietto), ma anche utilizzando semplicemente le mani, come ad esempio ho fatto personalmente in più di un’occasione quando alcune foglie di Hygrophila polysperma erano state ricoperte.

Una prima particolarità di questa specie si può osservare quando si stacca dal suo substrato una patina intera; questa infatti tende a non spezzarsi, ma piuttosto a rimanere coesa, anche se può assumere una forma piuttosto allungata; in una circostanza che mi è occorsa diversi anni fa, ho ad esempio misurato un’estensione della patina di non meno di 5 cm mentre rimaneva appesa alla pinza. Presumo che la sua consistenza sia dovuta al fitto intreccio di filamenti e tale natura è indubbiamente messa in evidenza dall’analisi microscopica.

La Foto 2 aiuta a visualizzare la struttura interna delle patine, anche se la compattezza è andata un po’ perduta come conseguenza dell’azione disgregante della rimozione meccanica. Si può anche osservare del detrito che evidentemente è rimasto intrappolato nella intricata rete filamentosa. Durante l’osservazione al microscopio ho notato un rotifero che si aggirava in cerca di cibo, a dimostrazione che l’ammasso formato dai cianobatteri costituisce un vero e proprio micro-habitat.

Foto 2: Fotomicrografia di G. splendidum. Ingrandimenti 100X

Foto 2: Fotomicrografia di G. splendidum. Ingrandimenti 100X

Ciò che colpisce subito è l’estensione dei filamenti (o più propriamente tricomi) che costituiscono questi ammassi; quello indicato dalla freccia bianca ad esempio ha una lunghezza di circa 540 µm che potrebbe essere una misura anche in difetto, non essendo infatti riuscito ad individuare l’altra estremità. Va comunque detto che spesso si trovano anche tricomi di dimensioni più corte, che forse sono la conseguenza di rotture di lunghi tricomi.

I tricomi non sono ramificati (caratteristica dell’intera famiglia Oscillatoriacaea) e non hanno una guaina di rivestimento, ma il carattere distintivo di questa specie è rappresentato dalla presenza di cellule terminali ricurve e strette che portano sulla sommità una sorta di capocchia (Foto 3).

Foto 3: Fotomicrografia di G. splendidum. Ingrandimenti 400X. Particolare della cellula terminale.

Foto 3: Fotomicrografia di G. splendidum. Ingrandimenti 400X. Particolare della cellula terminale.

La singola cellula è larga 2-3 µm e lunga 8-10 µm; alla luce di queste misure si calcola che un singolo tricoma può essere costituito da 50 cellule e più. In sezione longitudinale le cellule appaiono come dei rettangoli più lunghi che larghi.

Con l’ausilio del microscopio, soprattutto ad alti ingrandimenti (come 400X), sono riuscito ad osservare abbastanza chiaramente i tricomi in movimento. Essi si spostano longitudinalmente con un moto di scivolamento, come se stessero seguendo dei binari; talvolta ho notato però anche delle oscillazioni laterali della porzione terminale del tricoma che ricordano una frusta che viene sferzata nell’aria. Va detto comunque che la velocità con cui si spostano questi cianobatteri è abbastanza bassa e solo una discreta permanenza al microscopio permette di seguirne i movimenti in tutta la loro estensione.

C’è un ultimo argomento che vorrei qui accennare, ma solo brevemente per via della sua complessità, in quanto lo ritengo di aiuto nella ricerca di efficaci metodi di controllo e lotta contro queste minacce per gli acquari. G. splendidum, come tutti i cianobatteri, possiede un corredo di pigmenti fotosintetici che è costituito, oltre che dalla clorofilla a (che per altro è presente in tutti gli organismi fotosintetici, quindi dai cianobatteri fino alle piante superiori), anche dalle ficocianine di colore azzurro, che sono caratteristiche dei cianobatteri, delle alghe rosse e delle criptomonadi. La particolarità di questi pigmenti è quella di assorbire radiazioni luminose con un massimo alla lunghezza d’onda di 620 nm. Come termine di paragone si ricorda che i massimi di assorbimento della clorofilla b (presente nelle alghe verdi, nelle euglene e nelle piante superiori) si trovano a 460 nm e 640 nm, mentre la clorofilla a li ha a 440 nm e a 660 nm; si tratta quindi di zone luminose distinte e bisogna tener conto di queste informazioni nella scelta della luce delle lampade degli acquari.

 

Rassegna fotografica sulla mobilità in G. splendidum

L’aspetto di questi cianobatteri che da sempre mi ha incuriosito, se non addirittura talvolta anche affascinato, è la loro mobilità. Tale capacità infatti non è frequente tra i microrganismi fotosintetici, se si escludono quelli flagellati; inoltre con un po’ di pazienza può essere percepita anche ad occhi nudi.

La prima manifestazione di questo fenomeno di cui fui testimone si verificò agli inizi degli anni ‘90. All’epoca stavo preparando la tesi in algologia e stavo seguendo con interesse i cianobatteri del mio acquario, grazie ai quali disponevo di una buona quantità di biomassa utile ai miei esperimenti. A tale scopo avevo prelevato dall’acquario una porzione della classica patina per tenerla in coltura dentro un recipiente di vetro posto su una mensola di fronte alla finestra. Una prima curiosità che emerse fu di vedere che i cianobatteri si erano ammassati tra di loro arrivando a formare una sorta di abbozzo sferoidale, simile ad un nodulo; mi accorsi anche che questo trasferimento non era avvenuto in modo indolore per i cianobatteri perché intorno a questo ammasso l’acqua si era colorata di azzurro, segno di un rilascio di ficocianina come conseguenza della rottura di alcune cellule (le ficobiline sono idrosolubili). Constatai anche che era possibile impedire la formazione del nodulo tenendo in agitazione la coltura.

Nelle ore successive il nodulo cominciò lentamente a disgregarsi ed i filamenti tendevano a ricostruire il caratteristico velo, sia sulla superficie dell’acqua sia sulle pareti del recipiente. Impressionante questa dinamicità per dei microrganismi fotosintetici! E io ne fui particolarmente colpito.

La mia curiosità quindi crebbe e proseguii nelle mie osservazioni, che poi vennero compiute in modo sistematico. Ciò mi permise anche di sperimentare il ruolo della luce sui cianobatteri. Come successivamente annotai nella mia tesi, la luce del sole aveva inizialmente un effetto stimolante sulla crescita di questi cianobatteri, dopodiché la coltura cominciava a manifestare sintomi di stress e iniziavano a comparire chiari fenomeni di putrefazione.

Come per un strano caso della vita, dopo la laurea i cianobatteri scomparvero dal mio acquario e non fecero più ritorno per molti anni, finché qualche mese fa mi accorsi della loro presenza in un punto ben delimitato dell’acquario.

Questa volta, essendo in possesso di un’idonea attrezzatura (microscopio con telecamera digitale e fotocamera digitale), non volevo assolutamente perdere l’occasione di continuare le mie osservazioni e mi riproponevo di aumentare il numero delle prove (fotografie, fotomicrografie, video) che documentassero morfologia e soprattutto moto in G. splendidum.

Così allestii una semplice coltura di questi cianobatteri utilizzando un bicchiere di plastica trasparente e vi introdussi un campione prelevato dal mio acquario. L’osservazione durò un paio di settimane durante le quali ho scattato numerose foto, alcune delle quali, le migliori, sono mostrate nella galleria qui sotto e sono accompagnate da una descrizione esplicativa.

Non mi resta ora che augurarvi una BUONA VISIONE!

Geitlerinema splendidum - foto04
Foto 4: Stato iniziale della coltura di G. splendidum.

Nella foto adiacente viene illustrato il momento iniziale del periodo di osservazione. Il campione di cianobatteri prelevato dall’acquario (vedi foto 1) si è spezzato in tre parti che sono adagiate sul fondo.

I cianobatteri si presentano nella caratteristica conformazione nodulare, la cui colorazione è di un verde molto più intenso di quello che si può vedere nella patina, indicando che si tratta di un’aggregazione molto compatta.

Il riquadro in alto a destra mostra un dettaglio ravvicinato dell’ammasso di sinistra ripreso frontalmente.

Geitlerinema splendidum - foto05
Foto 5: Tempo trascorso = 5 ore.

A distanza di appena cinque ore i cianobatteri hanno già dato avvio ai loro movimenti.

I due noduli che nella foto precedente erano vicini (lato destro della foto 4; nella foto 5 il bicchiere è ruotato di circa 180°) si sono fusi.

È ben evidente in questa foto che alcuni filamenti si stanno separando dai rispettivi ammassi; ora i noduli presentano delle appendici più o meno grosse.

Geitlerinema splendidum - foto06
Foto 6: Tempo trascorso = 7 ore.

Due ore dopo il nodulo in alto si è ricompattato e al tempo stesso si è avvicinato all’altro nodulo i cui filamenti continuano la loro dispersione.

Geitlerinema splendidum - foto07
Foto 7: Tempo trascorso = 10 ore.

Nella foto adiacente i due noduli sono ancor più vicini, fino quasi a sfiorarsi. Non c’è quasi più traccia del velo filamentoso che si stava formando intorno agli ammassi.

Geitlerinema splendidum - foto08
Foto 8: Tempo trascorso = 26 ore.

Passate 16 ore dalla foto precedente, i cianobatteri hanno formato un’unica aggregazione, ma al tempo stesso una parte dei filamenti sta sciamando via dal nodulo.

Geitlerinema splendidum - foto09
Foto 9: Tempo trascorso = 26 ore.

Nel giro di pochi minuti però deve essere successo qualcosa che ha fatto staccare dal fondo il nodulo, il quale ha quindi raggiunto la superficie.

Probabilmente il bicchiere è stato urtato provocando una breve ma energica agitazione della coltura e le forze di adesione della patina non sono state sufficienti per trattenere il nodulo nella sua posizione.

Lo stato di galleggiamento inoltre sta ad indicare la leggerezza del nodulo.

Geitlerinema splendidum - foto10
Foto 10: Tempo trascorso = 2 giorni.

Sono trascorse 22 ore dalla foto precedente e i cianobatteri riprendono i loro movimenti.

Si può notare infatti un sottilissimo velo filamentoso che circonda interamente il nodulo; complessivamente la struttura circolare ha un diametro di un paio di centimetri.

Geitlerinema splendidum - foto11
Foto 11: Tempo trascorso = 2 giorni e 4 ore.

Sono bastate poche ore e il velo che nella foto precedente era a stento visibile, presenta ora una colorazione verde scura, indicando la costituzione di uno strato ben compatto.

Il riquadro permette di focalizzare l’attenzione su di una porzione di questo velo; si notano ai bordi i filamenti che si protendono in direzione centripeta rispetto al nodulo centrale.

Geitlerinema splendidum - foto12
Foto 12: Tempo trascorso = 2 giorni e 11 ore.

Passate sette ore, l’estensione della patina è aumentata.

La sua colorazione è più intensa nell’immediato intorno del nodulo, mentre è più tenue verso l’esterno.

La sua forma non è più regolare, ma si possono identificare delle direttrici di sviluppo preferenziali.

Geitlerinema splendidum - foto13
Foto 13: Tempo trascorso = 3 giorni.

Nella foto adiacente viene riportato un dettaglio in modo da rendere ancora più evidente la struttura filamentosa della patina.

Ciò permette anche di notare che i filamenti sono disposti non solo radialmente, ma anche trasversalmente rendendo la patina ben compatta.

Geitlerinema splendidum - foto14
Foto 14: Tempo trascorso = 8 giorni e 6 ore.

È passata poco più di una settimana dall’inizio dell’osservazione e la superficie è stata ormai quasi completamente ricoperta dai cianobatteri che hanno raggiunto anche la superficie del bicchiere.

La patina non è continua ma presenta alcune aree vuote.

Il dettaglio mostra ancora una volta il fitto intreccio formato da questi cianobatteri.

Geitlerinema splendidum - foto15
Foto 15: Tempo trascorso = 15 giorni.

Siamo infine giunti alla fine di questo periodo di osservazione.

La patina sempre più compatta ma meno omogenea, si è spostata prevalentemente su di un lato.

È da notare che la rapida evaporazione ha fatto abbassare il livello dell’acqua in modo che le porzioni più esterne della patina sono rimaste fuori attaccate ai bordi del bicchiere; i filamenti evidentemente non hanno fatto in tempo a seguire l’acqua.

 

NOTE
¹ Con il termine “microrganismi fotosintetici” intendo l’insieme eterogeneo (o meglio “parafiletico”) dal punto di vista evolutivo in cui faccio rientrare le ben note alghe (altro raggruppamento parafiletico) e i cianobatteri, la cui caratteristica peculiare è rappresentata dalle dimensioni (sono quasi tutti microscopici) e dalla capacità di utilizzare la fotosintesi come processo di sintesi organica.

E sempre dal mio gigantesco archivio ho ripescato questo video realizzato con la tecnica del time-lapse. In sostanza ho scattato con una videocamera digitaleper PC una fotografia ogni 5 minuti per circa 10 ore. La massa filamentosa di Geitlerinema splendidum in questo lungo tempo si è sfaldata e ricompattata a più riprese.

La durata del filmato è di 40 secondi.

 

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