QUANDO IL MARE SI ACCENDE

Di giorno può sembrare soltanto acqua. Poi arriva la notte, qualcosa si muove sotto la superficie e il mare risponde con un lampo blu. A produrlo sono organismi microscopici, per i quali quella luce può essere una questione di sopravvivenza.

Immaginate di entrare in mare quando intorno è ormai buio. Fate qualche passo, muovete una mano nell’acqua e per un istante qualcosa si accende: una scia azzurra segue le dita, piccoli punti luminosi compaiono intorno alle gambe, un’onda si rompe sulla riva e il suo bordo diventa luce. Pochi istanti dopo tutto scompare, fino al movimento successivo.

È facile guardare una scena simile e pensare che il mare stia semplicemente offrendo uno dei suoi spettacoli più belli. Dal punto di vista degli organismi che producono quella luce, però, la storia è molto diversa. In alcuni casi, ciò che noi osserviamo come un fenomeno spettacolare è la risposta a qualcosa che li ha appena toccati.

Una notte abitata da milioni di piccole luci

Tra gli organismi capaci di rendere luminoso il mare ci sono i dinoflagellati, e fra quelli studiati più a lungo troviamo Lingulodinium polyedra, un organismo unicellulare presente nelle acque marine e capace, quando le condizioni favoriscono concentrazioni elevate, di contribuire a quelle spettacolari distese bioluminescenti che vediamo lungo alcune coste.

Ogni singola cellula è minuscola. Eppure possiede un sistema biologico capace di trasformare una perturbazione meccanica in un brevissimo lampo di luce. Può provocarlo un’onda, così come il passaggio di un’imbarcazione; quando l’acqua viene agitata, il movimento stesso diventa visibile.

Per capire perché questa capacità possa essersi conservata nel corso dell’evoluzione, tuttavia, bisogna ridurre enormemente la scala e immaginare l’incontro tra una singola cellula e qualcosa che vuole mangiarla. Gli esperimenti mostrano infatti che la sensibilità meccanica di questi organismi può essere compatibile con le forze prodotte durante l’incontro con piccoli predatori planctonici. Il lampo, in Lingulodinium, arriva in pochi millisecondi, abbastanza rapidamente da entrare nella dinamica stessa dell’attacco.

Il mare luminoso che osserviamo dalla riva acquista così un altro significato: quello che ai nostri occhi appare come un paesaggio è composto, alla scala del plancton, da una moltitudine di organismi che reagiscono continuamente all’ambiente in cui vivono.

Dentro una cellula, un lampo

La luce nasce all’interno di minuscole strutture chiamate scintillons, nelle quali sono concentrati i componenti della reazione bioluminescente. Quando una sollecitazione meccanica viene percepita dalla cellula, si avvia una sequenza di eventi elettrici e chimici; cambia rapidamente l’ambiente all’interno dello scintillon e la luciferina, attraverso l’azione della luciferasi, partecipa alla reazione che produce il lampo. In Lingulodinium polyedra l’emissione raggiunge il blu, intorno ai 475 nanometri.

Osservato alla scala cellulare, il processo possiede una precisione sorprendente, ma è soprattutto il suo rapporto con il tempo a renderlo interessante. La capacità di produrre luce cambia infatti nel corso delle ventiquattro ore: in Lingulodinium è molto maggiore durante la fase notturna e quasi assente durante quella diurna; anche l’esposizione alla luce può ridurre la sensibilità del sistema durante la notte. La cellula, quindi, regola la propria bioluminescenza seguendo un ritmo circadiano.

Questa relazione fra luce e tempo introduce un curioso rovesciamento. Lingulodinium è fotosintetico e durante il giorno utilizza la luce disponibile nell’ambiente; quando arriva la notte, può diventare esso stesso una sorgente luminosa. Sono processi biologicamente differenti, naturalmente, ma appartengono alla vita dello stesso organismo e al suo rapporto quotidiano con l’alternarsi del giorno e della notte.

Quando arriva un predatore

I copepodi sono minuscoli crostacei e costituiscono alcuni dei principali consumatori del fitoplancton. Per un dinoflagellato, l’incontro con uno di loro può significare essere ingerito.

Nel 2017 un gruppo di ricercatori osservò qualcosa di particolarmente eloquente. Quando Lingulodinium polyedra veniva esposto a specifici composti lipidici associati ai copepodi, chiamati copepodamidi, aumentava la propria capacità bioluminescente. La presenza dei segnali chimici del predatore, dunque, modificava la preparazione della cellula alla risposta luminosa.

Due anni dopo, un altro esperimento permise di osservare più direttamente ciò che avveniva durante la predazione. Quando i copepodi entravano in contatto con cellule di Lingulodinium preparate a una maggiore risposta bioluminescente, le cellule lampeggiavano e il comportamento alimentare dei copepodi cambiava sensibilmente. Il dinoflagellato, inizialmente una preda preferita, arrivava quasi a essere rifiutato; nelle registrazioni ad alta velocità si osservavano cellule che emettevano luce al contatto e venivano poi respinte apparentemente intatte.

È uno di quei casi in cui una funzione biologica, normalmente difficile da intuire osservando semplicemente il fenomeno, diventa quasi visibile. Il contatto con il predatore produce la sollecitazione, la cellula emette il lampo e l’esito dell’incontro può cambiare. Ciò che per noi è luce, all’interno di quella relazione ecologica assume quindi il carattere di una risposta.

Perché accendere una luce quando arriva un predatore?

Una possibilità è relativamente intuitiva: il lampo può disturbare chi sta tentando di mangiare la cellula. Gli studi sulla predazione hanno effettivamente osservato, in determinate condizioni, una riduzione del consumo associata alla bioluminescenza.

Esiste poi un’ipotesi più complessa, conosciuta come burglar alarm hypothesis. Se un piccolo predatore cerca di mangiare un organismo bioluminescente, il lampo potrebbe renderlo visibile a un predatore più grande, attirando così un secondo livello della catena alimentare e aumentando indirettamente le possibilità di sopravvivenza dell’organismo che ha prodotto la luce.

Esperimenti condotti su differenti sistemi marini hanno fornito sostegno a questo meccanismo, mentre altri studi indicano che la sua efficacia può dipendere dalla concentrazione degli organismi luminosi e dalle condizioni ecologiche. È quindi più corretto considerare la bioluminescenza dei dinoflagellati all’interno di un insieme di possibili funzioni difensive, la cui importanza varia secondo specie, predatori e ambiente, piuttosto che cercare una sola spiegazione valida in ogni situazione.

Questo sposta anche il nostro modo di osservare il fenomeno. La bellezza che attribuiamo alla bioluminescenza appartiene alla nostra esperienza; la funzione biologica della luce appartiene alla vita dell’organismo. Sono due letture dello stesso evento che possono convivere senza essere confuse.

Tornare sulla riva

Possiamo allora tornare alla scena iniziale con qualche informazione in più.

Entriamo nell’acqua, muoviamo una mano e compare quella scia blu che sembra materializzarsi dal buio. Il gesto che per noi dura appena un secondo produce, alla scala microscopica, una perturbazione meccanica alla quale migliaia di cellule possono rispondere quasi simultaneamente. Quando le concentrazioni sono sufficientemente alte, la somma di quei brevissimi lampi diventa il fenomeno che vediamo.

Conoscere ciò che accade non rende l’esperienza meno sorprendente. Semmai cambia la qualità dello stupore, perché dietro un’immagine apparentemente semplice cominciamo a riconoscere un sistema fatto di cellule sensibili all’ambiente, ritmi circadiani, segnali chimici, predatori e strategie evolutive.

La bioluminescenza ci appare allora per ciò che è prima ancora di diventare spettacolo ai nostri occhi: una capacità sviluppata da organismi viventi per agire nel proprio ambiente.

E quando il mare si accende, per qualche istante possiamo vederla all’opera.