Secondo uno studio PNAS, le caratteristiche strisce bianche nei pesci pagliaccio si formano a velocità diverse a seconda dei loro ospiti di anemoni di mare.
- Le specie di pesce pagliaccio sviluppano le loro caratteristiche strisce bianche, o barre, durante il processo di metamorfosi
- I ricercatori hanno ora scoperto che le barre bianche si formano a velocità diverse a seconda dell'anemone di mare in cui vive il pesce pagliaccio
- Gli ormoni tiroidei, importanti per la metamorfosi, controllano la velocità di formazione delle barre bianche
- I livelli di ormoni tiroidei sono più alti nei pesci pagliaccio che vivono nell'anemone gigante del tappeto rispetto ai pesci pagliaccio che vivono nel magnifico anemone di mare
- I pesci pagliaccio che vivono nell'anemone gigante del tappeto mostrano anche una maggiore attività del duox, un gene coinvolto nella formazione degli ormoni tiroidei
Carismatico pesce pagliaccio, il pesce della barriera corallina reso famoso dal film Alla ricerca di Nemo, sono immediatamente riconoscibili dalle strisce bianche. Queste strisce, che gli scienziati chiamano barre, appaiono come pesci pagliaccio che maturano da larve ad adulti in un processo chiamato metamorfosi, ma come si formino questi modelli distintivi è rimasto a lungo un mistero.
Ora, un nuovo studio ha scoperto che la velocità con cui si formano queste barre bianche dipende dalla specie di anemone di mare in cui vivono i pesci pagliaccio. Gli scienziati hanno anche scoperto che gli ormoni tiroidei, che svolgono un ruolo chiave nella metamorfosi, determinano la rapidità con cui appaiono le loro strisce, attraverso cambiamenti nell'attività di un gene chiamato duox.
"La metamorfosi è un processo importante per i pesci pagliaccio: cambia il loro aspetto e anche l'ambiente in cui vivono, poiché le larve di pesce pagliaccio lasciano la vita in mare aperto e si stabiliscono nella barriera corallina", ha affermato l'autore senior, il professor Vincent Laudet, che guida il Marine Eco- Unità Evo-Devo presso l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST). "Capire come la metamorfosi cambia a seconda dell'ospite dell'anemone di mare può aiutarci a rispondere alle domande non solo su come si adattano a questi diversi ambienti, ma anche su come potrebbero essere influenzati da altre pressioni ambientali, come il cambiamento climatico".
Nello studio, pubblicato il 24 maggio 2021 in PNAS, un team di ricercatori del Center for Island Research and Environmental Observatory (CRIOBE) in Francia ha prima esaminato le specie di pesce pagliaccio, anfiprione percula, nella baia di Kimbe, in Papua Nuova Guinea.
La specie di pesce pagliaccio, Amphiprion percula, fa affidamento sull'anemone di mare dai lunghi tentacoli, Heteractis magnifica (a sinistra) o sullo Stichodactyla gigantea dai tentacoli corti (a destra) come ospite. Gli anemoni di mare, armati di cellule urticanti tossiche sui loro tentacoli, proteggono i pesci pagliaccio dai predatori sulla barriera corallina. Il pesce pagliaccio protegge anche l'anemone di mare dai predatori e fornisce nutrimento e ossigenazione al suo ospite. Credito: Kina Hayashi
Il pesce pagliaccio può vivere sia nel magnifico anemone di mare, Heteractis magnifica, o il più tossico anemone tappeto gigante, Stichodactyla gigantea.
Durante l'indagine, il team ha fatto un'osservazione affascinante; i giovani pesci pagliaccio che vivevano nel gigantesco anemone tappeto guadagnavano le loro barre bianche adulte più velocemente dei pesci pagliaccio che vivevano nel magnifico anemone di mare.
Durante la metamorfosi, il pesce pagliaccio, Amphiprion percula, assume un colore arancione acceso e sviluppa tre strisce bianche in successione, dalla testa alla coda. La velocità con cui si formano le barre dipende dall'anemone di mare in cui vivono i pesci pagliaccio. I pesci pagliaccio che vivono nell'anemone dai lunghi tentacoli, Heteractis magnifica, (a sinistra) hanno meno strisce rispetto ai pesci pagliaccio della stessa età e taglia che vivono nel tappeto più corto -stile anemone, Stichodactyla gigantea (a destra). L'immagine mostra l'aspetto tipico del pesce pagliaccio di età compresa tra 150 e 200 giorni. Credito: Fiona Lee, Accademia Sinica, Taiwan
"Eravamo davvero interessati a capire non solo perché la formazione delle barre si verifica più velocemente o più lentamente a seconda dell'anemone di mare, ma anche cosa guida queste differenze", ha affermato la prima autrice, la dott.ssa Pauline Salis, ricercatrice post-dottorato presso l'Observatoire Océanologique de Banyuls-sur- Mer, Sorbonne Université Paris, che studia la modellazione dei colori nei pesci della barriera corallina.
In laboratorio, il team ha lavorato con il pesce pagliaccio, amphiprion ocellaris, un parente stretto di anfiprione percula. Si sono concentrati sugli ormoni tiroidei, che sono noti per innescare la metamorfosi nelle rane.
Il pesce pagliaccio, Amphiprion ocellaris, è una delle rare specie di pesci della barriera corallina che può essere allevata in laboratorio. Il Prof. Laudet usa la specie per studiare gli ormoni coinvolti nelle strategie della storia della vita, inclusa la metamorfosi. Credito: OIST
I ricercatori hanno trattato il pesce pagliaccio larvale con diverse dosi di ormoni tiroidei. Maggiore è la dose di ormoni tiroidei, più velocemente il pesce pagliaccio sviluppa le barre bianche, ha riferito il team. Al contrario, quando i ricercatori hanno trattato il pesce pagliaccio con a droga che ha impedito la produzione di ormoni tiroidei, la formazione della barra è stata ritardata.
Le barre bianche si formano a causa delle cellule del pigmento, chiamate iridofori, che esprimono uno specifico sottoinsieme di geni. Il team di ricerca ha scoperto che gli ormoni tiroidei hanno accelerato la formazione di barre bianche attivando questi geni dell'iridoforo.
Le larve di pesce pagliaccio trattate con ormoni tiroidei formavano un numero maggiore di bande in una fase precedente dello sviluppo, rispetto alle larve di controllo che non erano state trattate con ormoni tiroidei. L'immagine mostra una larva di pesce pagliaccio di controllo (in alto) e una larva cinque giorni dopo che le è stata somministrata una dose di ormoni tiroidei (in basso). Credito: Pauline Salis, prima autrice
Successivamente, gli scienziati hanno verificato se queste osservazioni fossero vere nel campo. Quando il laboratorio CRIOBE è tornato a Kimbe Bay, ha trasportato i giovani pesci pagliaccio di entrambe le specie di anemoni di mare al dottor Salis in Francia.
Il dottor Salis ha confermato che i livelli di ormoni tiroidei erano molto più alti nel pesce pagliaccio del gigantesco anemone tappeto rispetto al pesce pagliaccio del magnifico anemone di mare.
Per ottenere informazioni su ciò che ha causato questi livelli più elevati di ormoni tiroidei, il team ha misurato l'attività della maggior parte dei geni nel genoma del pesce pagliaccio.
"La grande sorpresa è stata che di tutti questi geni, solo 36 geni differivano tra il pesce pagliaccio delle due specie di anemoni di mare", ha affermato il prof. Laudet. “E uno di questi 36 geni, chiamato duox, ci ha regalato un vero momento eureka”.
Duox, che rende la proteina dual ossidasi, svolge un ruolo importante nella formazione degli ormoni tiroidei, come hanno dimostrato ricerche precedenti. Il duox gene ha mostrato livelli di attività più elevati nel pesce pagliaccio dell'anemone gigante del tappeto, rispetto al pesce pagliaccio del magnifico anemone di mare.
Ulteriori esperimenti in collaborazione con il professor David Parichy dell'Università della Virginia, negli Stati Uniti, lo hanno confermato duox è importante per lo sviluppo delle cellule del pigmento iridoforo. Quando il duox Il gene è inattivato nel pesce zebra mutante, lo sviluppo delle cellule del pigmento iridoforo è ritardato, secondo lo studio.
Presi insieme, i dati suggeriscono che l'aumento dell'attività di duox nei pesci pagliaccio che vivono nell'anemone gigante del tappeto si ottengono livelli più elevati di ormoni tiroidei e quindi un tasso più rapido di formazione di barre bianche poiché le cellule del pigmento iridoforo si sviluppano più rapidamente.
Tuttavia, la ricerca solleva ancora più domande a cui gli scienziati possono rispondere, inclusa la ragione ecologica di questa variazione nel tasso di formazione delle barre bianche.
Potrebbe essere perché l'anemone gigante del tappeto è più tossico, con i livelli di ormone tiroideo che aumentano in risposta allo stress, hanno ipotizzato i ricercatori.
"Qui all'OIST, stiamo iniziando ad approfondire alcune possibili spiegazioni", ha affermato il prof. Laudet. "Sospettiamo che questi cambiamenti nella formazione delle barre bianche siano solo la punta dell'iceberg e che siano presenti molte altre differenze che aiutano il pesce pagliaccio ad adattarsi ai due diversi ospiti dell'anemone di mare".
Riferimento: "Gli ormoni tiroidei regolano la formazione e la plasticità ambientale delle barre bianche nei pesci pagliaccio" di Pauline Salis, Natacha Roux, Delai Huang, Anna Marcionetti, Pierick Mouginot, Mathieu Reynaud, Océane Salles, Nicolas Salamin, Benoit Pujol, David M. Parichy, Serge Planes e Vincent Laudet, 24 maggio 2021, Atti della National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073 / pnas.2101634118
Finanziamento: Agence Nationale de la Recherche, Istituto Nazionale di Scienze
