Le strategie che i viventi hanno evoluto per sopravvivere e adattarsi a condizioni di vita estreme sono molto interessanti.
Sul nostro pianeta, i deserti – insieme con i fondali oceanici – costituiscono l’esempio più evidente di ambiente estremo. Infatti, le temperature nel deserto variano dal freddo gelido al caldo bollente.
I deserti costituiscono una parte cospicua del pianeta: la loro superficie totale copre circa un terzo della superficie della Terra.
Possiamo distinguerne tre tipologie principali: il deserto caldo (roccioso, sabbioso o ghiaioso) con vegetazione molto scarsa o assente e senza corsi d’acqua perenni; il deserto freddo, caratterizzato da aridità e notevolissime escursioni termiche; il deserto polare (deserto bianco), caratterizzato da freddo intenso e perenni distese di neve e ghiaccio.
La parola deserto deriva dal latino: desertum; il verbo deserere significa “solo, abbandonato”; con questo termine si indica un’area popolata da scarse forme di vita altamente adattate. L’alta pressione atmosferica presente in queste zone, ostacola le precipitazioni che sono molto scarse e talora possono mancare per anni. Scarsissime quantità di acqua e temperature estreme sono i motivi per cui la vita nel deserto è una sfida. Le ampie oscillazioni termiche e la vasta gamma termica rendono i deserti un bioma “estremo”, ossia un ecosistema dove solo esseri viventi molto specializzati riescono a sopravvivere ed adattare la propria progenie.
Quali adattamenti e quali sfide attendono quotidianamente gli animali e le piante del deserto? Come fanno ad affrontare queste sfide termiche ed ambientali di scarsezza di risorse?
Sia nei deserti caldi che in quelli freddi, le forme di vita seguono un gradiente che va dalle zone esterne verso quelle più centrali, cosicché la possibilità di sopravvivenza diventa progressivamente sempre più rara ed in forme specializzate.
Negli ambienti aridi, le piante hanno evoluto strategie di sopravvivenza finalizzate ad utilizzare al meglio la poca acqua disponibile: talora concentrano nel breve periodo delle piogge la fase di sviluppo vegetativo; perdono le foglie durante la stagione arida; in alcuni casi svolgono la fotosintesi anche a stomi chiusi (fotosintesi CAM – Crassulacean Acid Metabolism). In tali contesti la forma è più che mai sensibile alla funzione: le piante hanno forma cilindrica o sferica per esporre la minima superficie traspirante al calore. Le piante succulente hanno sviluppato specializzati tessuti di riserva in cui immagazzinare l’acqua assorbita nei brevi periodi di condizioni favorevoli. Nei cactus, le foglie scompaiono o si riducono a spine; le specie arbustive possono essere ricoperte di una fitta peluria che rallenta la traspirazione. L’apparato radicale è spesso molto esteso per massimizzare l’assorbimento dell’acqua disponibile nel suolo.
In alcuni deserti sono possibili piogge stagionali, ed in questo caso flora e fauna dipendono da questa fonte idrica, ed è così, che in tali contesti i viventi devono essersi specializzati per immagazzinare sufficiente acqua per sopravvivere durante le stagioni secche. La Tartaruga del Deserto e il Mostro di Gila riposano sottoterra durante l’estate calda e secca ed usano i propri organi vescicali per immagazzinare acqua. In altri deserti, la neve fusa delle montagne circostanti determina la formazione di corsi d’acqua primaverili di stagni “effimeri” o “di breve durata”; si tratta di riserve d’acqua che durano pochi giorni, ma comunque sono abbastanza per consentire a certi rospi di deporre uova e di far sì che i loro piccoli si sviluppino e che le generazioni si susseguano senza estinguersi.
Se l’acqua corrente persiste più a lungo durante l’anno, si danno deserti dove piante e animali sono più comuni. Chi non ha scolpito nel proprio immaginario la famosa “oasi nel deserto”? Queste oasi sono la salvezza per chi si perde in un deserto, che sia esso reale o della propria mente. Quando reali, queste aree hanno una alta densità di piante rigogliose e di animali; anche gli uomini possono più facilmente sopravvivere in questi luoghi denominati “habitat ripariali”.
Quando l’acqua è davvero scarsa ed il sole cocente, animali e piante devono “decidere” se contrastare il calore (raffreddandosi mediante l’evaporazione dell’acqua o “raffreddamento evaporativo”) o se invece risparmiare il po’ d’acqua disponibile per altre funzioni vitali.
Una possibilità di evitare il calore è rappresentata dalla migrazione verso territori più freschi: è così che fanno tante specie migratorie di uccelli ma anche tanti insetti.
Ma certo le piante non possono migrare, né possono farlo tanti altri animali che devono perciò adottare altri sistemi per affrontare le condizioni estreme del deserto. Ed è così, che durante i freddissimi inverni o durante le caldissime estati, gli animali del deserto possono diventare meno attivi o del tutto inattivi: è il “letargo” o la “estivazione”.
La durata dei periodi di attività può avere un ritmo circadiano oltre che circannuale: ed è così, che possono darsi animali diurni (attivi durante il giorno) o notturni (attivi principalmente durante la nott) o crepuscolari (attivi all’alba o al tramonto).
Il 70% dell’acqua dolce del nostro pianeta si trova in Antartide ed è sotto forma di ghiaccio, e quindi non disponibile per i processi biologici: è così, che tutto questo continente è considerato il più grande deserto al mondo, dove nel 1983 sono state registrate temperature di -92,3 °C e dove in alcune aree non ci sono precipitazioni da milioni di anni. Qui, le condizioni ambientali raggiungono il limite estremo di tollerabilità per la vita: solo due specie di piante vascolari riescono a vivere nella penisola antartica, mentre nell’Antartide continentale non vi sono piante vascolari e la funzione di produttori primari è svolta da muschi e licheni che vivono sulle scarsissime rocce delle aree deglaciate; i licheni e i microorganismi ad essi associati formando comunità endolitiche: trovano una nicchia ecologica all’interno delle rocce porose. L’endolitismo rappresenta l’adattamento più estremo alle proibitive condizioni ambientali ed è la forma di vita più diffusa in questi ambienti glaciali, dove gli organismi vivono al limite del loro potenziale biologico e sono tra le specie più resistenti ad oggi conosciute. Infatti, tra queste specie estremofile ci sono microfunghi in grado di sopravvivere a gradi estremi di temperatura, essiccamento, radiazioni ultraviolette, radiazioni ionizzanti; resistono finanche a condizioni spaziali! Ma come fanno a sopravvivere a tali condizioni? Hanno pareti cellulari ispessite e ricche di melanine che li proteggono dagli stress ambientali; hanno cicli vitali ridottissimi, in grado di concludersi con successo anche nei brevissimi periodi in cui è consentita una vita attiva; hanno la capacità funzionale di sopravvivere per il resto del tempo congelati ed in uno stato di quiescenza.
Ma cosa hanno in comune i deserti con i tumori?
Qual è la struttura concettuale che connette i luoghi inospitali del pianeta con i luoghi inospitali di un essere vivente ammalato di cancro?
Anche il cancro è il tentativo di cellule estremofile di sopravvivere in un ambiente ostile!
Dal fitness landscape degli esseri che hanno stabilito la propria nicchia biologica nei deserti e dalla ecologia dei deserti, possiamo imparare qualcosa di importante anche sul cancro?
Possiamo trarre insegnamenti validi che in un prossimo futuro possono indicarci una via nuova per affilare le nostre armi contro questo nemico così resistente anche ad ambienti resi inospitali da una elevatissima pressione selettiva intaclonale, da un potente Sistema Immunitario che si è evoluto in milioni di anni, da potenti armi della medicina moderna quali chemioterapie e radioterapia?
Ragionare con i mezzi della biologia dei sistemi (Systems Biology) e dei paesaggi adattivi (Fitness Landscape) ci consente di affrontare come un continuum aspetti apparentemente lontani e distinti della biologia evolutiva; i paesaggi di fitness possono essere utilizzati per visualizzare la relazione tra genotipi e successo evolutivo; la biologia dei sistemi può indicarci la strada maestra per studiare gli organismi viventi in quanto sistemi che si evolvono nel tempo con interazioni dinamiche delle parti di cui sono composti.
Ed è così, che dico che il sistema biologico dei deserti può insegnarci a comprendere meglio il sistema biologico del cancro!
Beniamino Casale, responsabile IPAS Terapie Molecolari e Immunologiche in Oncologia – AO dei Colli – Ospedale Monaldi.
