La nutrizione nei parameci

10.06.2014 18:26

Lo studio, come anche la sola e semplice osservazione del processo di nutrizione nei ciliati è, a mio avviso, una delle esperienze più interessanti che un appassionato di microscopia ottica possa condurre. Sono davvero molteplici le ragioni che si potrebbero addurre a sostegno di questa mia affermazione. Tuttavia, tra tutte quelle esponibili, credo che l’inebriante e per certi versi surreale sensazione di poter penetrare sino all’interno di una tra le più complesse cellule viventi per osservare direttamente coi propri occhi un’importante processo come quello nutrizionale, possa superarne ogni altra. Da qui il mio invito a non lasciarsi scappare questa facile opportunità che anche il possesso di un semplice microscopio da studio può certamente garantire.

 

                               Parameci da coltura con infusione di fieno, campo chiaro.

 

 

Un po’ di ecologia

 

La materia organica morta, sia che  si accumuli in un ecosistema naturale quanto in uno artificiale, come può esserlo ad esempio un boccettino dove sia stata allestita una coltura di un qualche tipo, va incontro ad un costante processo di degradazione che non coinvolge unicamente i batteri, come magari si potrebbe essere indotti a ritenere.  In questo anche protisti e piccoli animali, infatti, giocano un ruolo decisamente significativo, da tenere in debita considerazione. In linea generale i  batteri coinvolti possono affidarsi a varie cellulasi extracellulari o chitinasi per demolire il particolato organico che, più o meno lentamente, si accumula in qualunque ambito ed a cui spesso si vengono a trovare adesi. Significativo è il fatto che già dopo qualche ora su di una superficie sommersa, a causa di reazioni di natura idrofobica, si può venire a costituire un sottile strato  batterico. La presenza di particolato, ma anche di questi biofilm di cui si è fatto cenno, attrae svariati organismi a cominciare dai protozoi che si alimentano di batteri, sovente ingeriti insieme al particolato a cui sono associati.

E’ possibile accertarsi di quanto sopra esposto, proprio analizzando il contenuto dei vacuoli alimentari in protozoi particolarmente adatti a questo tipo di osservazioni come quelli appartenenti al genere Paramecium, facili da far sviluppare e mantenere in coltura.

I protozoi che si comportano in questo modo, cioè da consumatori in grado d’ingerire non soltanto batteri, ma anche alghe e particolato a cui i batteri sono adesi, vengono definiti come pascolatori microbici. I pascolatori microbici però non demoliscono tutto il materiale da loro fagocitato. Questo, infatti, può lasciare il citoplasma solo parzialmente digerito od addirittura intatto per essere poi assunto da  altri pascolatori. Questo gioco può ripetersi innumerevoli volte sino a quando il materiale originario non ne risulta completamente degradato. Si può quindi concludere che l’azione di degradazione finale deve essere vista come l’azione combinata di batteri, pascolatori microbici e piccoli animali in un intreccio alquanto complesso ed i cui ruoli non sono sempre chiaramente definibili.

 

 

Il processo di nutrizione

 

Con l’eccezione dei suttori,  nei ciliati è possibile riconoscere una bocca o citostoma collegata ad un citofaringe che si approfonda nell’endoplasma in varia misura. Dal citofaringe prendono origine i vacuoli alimentari, cioè delle vescicole ripiene di liquido osservabili spesso in grande numero in tutto il citoplasma. Al loro interno vengono racchiuse particelle alimentari di varia natura in un processo d’inclusione che prende il nome di fagocitosi.

Nei ciliati appartenenti al genere Paramecium è facilmente osservabile un solco orale correre lungo un lato in direzione posteriore per poi, all’incirca verso la metà del corpo, concretizzarsi in un  vestibolo. Questo, insieme a citostoma e citofaringe, da origine a quello che senza difficoltà si può paragonare ad una sorta d’imbuto curvo. In Paramecium, le particelle alimentari prima  di essere inglobate in un vacuolo incontrano dunque e nell’ordine il vestibolo,  il peristomio (la cavità boccale), il citostoma (la bocca) e il citofaringe. Vestibolo e peristomio si congiungono in prossimità di una membrana ondulante (membrana endoorale).  Durante la nutrizione le cilia del solco orale danno origine ad una corrente d’acqua che si può osservare assumere un percorso ad arco lungo un lato del corpo e la regione orale. In particolare la corrente si evidenzia quando si è fatto il prelievo in acque ricche di particolato. In queste condizioni il moto ciliare può determinare la formazione di linee capaci di rendersi ben evidenti tanto nell’osservazione microscopica  quanto in quella  fotografica.

Contemporaneamente le cilia presenti all’interno del vestibolo e del peristomio trascinano dentro le particelle alimentari di adatta qualità e dimensione instradandole verso un vacuolo alimentare in formazione.  Il processo che conduce alla formazione del vacuolo alimentare dura in genere da uno a cinque minuti in funzione dell’abbondanza del materiale nutritivo e delle sue dimensioni. Al termine il vacuolo  abbandona la regione del citofaringe per addentrarsi nell’endoplasma in direzione della parte posteriore della cellula in virtù di un fenomeno definito come ciclosi. Il vacuolo alimentare può rimanere in circolo nel citoplasma da una a quattro ore.

 

             Vacuolo alimentare in formazione in Paramecium sp.

 

Una volta che il vacuolo neoformato incomincia il suo viaggio all’interno della cellula da questo, col proseguo del processo digestivo, si staccano delle vescicole  di dimensioni molto minori rispetto a ciò che le ha originate. In tali vescicole si trovano presenti sostanze nutritive derivanti dal processo digestivo  che, in questo modo, vengono efficacemente rilasciate all’interno del citoplasma. Si tratta di uno stratagemma in grado di apportare  un  considerevole aumento della superficie d’assorbimento delle molecole nutritive  con indubbi vantaggi per il ciliato.

Al termine del processo digestivo il contenuto del vacuolo alimentare, cioè tutte quelle particelle parzialmente digerite od addirittura non digerite, viene espulso attraverso un orifizio preformato, il citopigio o citoprocto. I vacuoli alimentari regolano dunque tanto i processi digestivi quanto quelli di escrezione.

All’interno dei vacuoli la digestione delle particelle alimentari si svolge in ambiente acido. Si può facilmente documentare questo processo nutrendo protozoi del genere Paramecium con sospensioni di lieviti preventivamente colorati con un indicatore di pH quale il Rosso Congo od in alternativa con del latte a cui va aggiunto sempre il medesimo colorante vitale. Appena dopo essere stati racchiusi in un vacuolo alimentare, i lieviti mantengono la colorazione iniziale. Tuttavia la successiva acidificazione del vacuolo allo scopo di facilitare il processo digestivo porta ad un netto cambiamento di colore  del contenuto che va ad assumere una tonalità verdognola. Col progressivo trasferimento dei prodotti della digestione al citoplasma il pH torna di conseguenza ad aumentare portando il contenuto dei vacuoli a  virare nuovamente al rosso.

E se venisse loro mancare il nutrimento, che accadrebbe? Naturalmente, come prima cosa comincerebbero a consumare le riserve accumulate all’interno dell’endoplasma. Una volta esaurite, perdurando la condizione di assenza di cibo, il macronucleo incomincerebbe a ridursi in dimensioni, la cellula ad assumere un aspetto trasparente, scomparirebbero le cilia ed in linea generale si assisterebbe ad una degenerazione di tutte le strutture specializzate. In sostanza entrerebbero in una sorta di letargo. Se poi si ponesse fine a tale condizione, ad esempio somministrando loro un cibo altamente nutritivo a base di batteri, quasi miracolosamente li si vedrebbe riprendere l’aspetto originario e tornare ad una vita attiva.

 

Materiale necessario

 

Al fine di perpetrare l’esperienza di cui stiamo trattando occorre disporre del seguente materiale di base:

 

  • Foglia di cavolo romanesco
  • Barattolino in vetro munito di coperchio
  • Pipetta di plastica (o pipetta di Pasteur in vetro)
  • Forbicine
  • Pinzetta
  • Vetrino portaoggetti
  • Vetrino coprioggetti
  • Contagocce
  • Carta assorbente
  • Microscopio

 

Come già accennato non occorre possedere chissà quale strumento. Anche un semplice microscopio monoculare con illuminazione esterna, come quello mostrato nel testo può rendersi perfettamente utile per realizzare interessanti osservazioni.

 

Preparazione ed osservazione

 

La coltura si pone in essere dosando circa 20-30 ml d’acqua del rubinetto (lasciata decantare per 24 h) o meglio ancora d’acquario in un barattolino di vetro (ottimi quelli utilizzati ad esempio per contenere le uova di lompo che possono essere posti agevolmente, vista la bassa altezza, sotto ad un microscopio stereoscopico). Si aggiungono poi alcuni piccoli pezzi ritagliati con cura da una foglia di cavolo romanesco. Se si preferisce utilizzare acqua prelevata in natura, occorre accertarsi che questa non contenga larve d’insetti, rotiferi od altri piccoli animali che finirebbero col compromettere la riuscita della coltura.  Tale accortezza vale anche per l’acqua prelevata da un acquario dove si possono trovare facilmente rotiferi, copepodi, etc. Nel giro di qualche giorno, in funzione della temperatura ambiente, si assiste ad un progressivo disfacimento delle foglie che vanno ad assumere un aspetto sempre più etereo. Con l’ausilio di una pipetta in plastica od ancor meglio di una sottile pipetta in vetro di Pasteur (meglio per comodità se munita di tettarella), si preleva un po’ di materiale depositandolo su di un portaoggetti preventivamente ben pulito e sgrassato. A questo punto, impugnato un  vetrino coprioggetti tra indice e pollice della mano destra  lo si pone a contatto con l’acqua del preparato di modo che s’instauri una certa tensione superficiale. Aiutandosi con le pinzette per non farlo scivolare, si tiene fermo il bordo del coprioggetti a contatto col vetrino portaoggetti e lo si adagia sino a dove possibile in maniera graduale e lenta. Si tratta questa di un’operazione critica che, almeno le prime volte, può risultare alquanto difficoltosa. Tuttavia, col tempo non è difficile acquisire  quella necessaria manualità capace di far compiere al meglio questo delicato passaggio. Al termine delle operazioni sopra esposte, qualora l’acqua risulti troppa, si pone facilmente rimedio assorbendone l’eccesso per mezzo di carta assorbente. All’opposto se l’intercapedine tra vetrino portaoggetti e vetrino coprioggetti non è interamente occupata d’acqua si pone una goccia d’acqua sul portaoggetti a contatto col coprioggetti che per capillarità, viene richiamata al di sotto di quest’ultimo. Quasi sempre ci si trova ad affrontare condizioni caratterizzate da un eccesso d’acqua a cui è bene porre rimedio. Non va, infatti, dimenticato che i migliori risultati, sia da un punto di vista osservativo che fotografico, si ottengono soltanto con un’appropriata quantità d’acqua.

Il vetrino deve ora essere collocato sul tavolino portaoggetti del microscopio utilizzando il sistema  di coordinate per fare in modo che il preparato incontri la luce proveniente dal condensatore variabile. Come sempre un primo esame del campione va effettuato a debole ingrandimento (40x) ottenibile con l’utilizzo di un obiettivo da 4x accoppiato ad un oculare da 10x.

Una volta individuati alcuni esemplari di Paramecium sp, passando a 100-150 ingrandimenti, non si può fare a meno di notare la foggia inconfondibile con una parte anteriore a forma di cono tronco e una posteriore più larga con le cilia allungantisi a formare una sorta di timone.

A 400 ingrandimenti è possibile osservare nel dettaglio il peristomio terminante nel citostoma. Passando attraverso queste cavità, il materiale ingerito, giunge nel citofaringe dove viene racchiuso all’interno dei vacuoli alimentari per essere digerito. Con un po’ di fortuna non è difficile assistere al processo nella sua interezza. Va sottolineato che in presenza di consistenti concentrazioni batteriche i ciliati del genere Paramecium  interrompono il loro movimento per esercitare l’azione filtratoria che caratterizza il processo di nutrizione. Tale immobilità può essere completa od intervallata da più o meno rapide rotazioni sull’asse trasversale. Si tratta questo di un preciso comportamento di carattere adattativo che un microscopista può sfruttare sia da un punto di vista osservativo che fotografico.

Altro importante aspetto da tenere in considerazione è che appena allestito il vetrino i parameci presenti risultano alquanto agitati. Quindi, prima che si possa osservarli in modo proficuo, occorre dare loro il tempo di abituarsi alla nuova condizione. In genere ciò avviene non prima di una quindicina di minuti.  Importante sarebbe anche non allestire il preparato con troppi esemplari che alla fine si disturberebbero reciprocamente impedendo di osservare al meglio il processo nutrizionale.

 

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