Multiscale architecture and composition of two South Australian Bryozoa: Celleporaria cristata and Densipora corrugata

Profondamente sotto la superficie dell'oceano, nelle acque fresche e temperate al largo delle coste dell'Australia, minuscoli animali coloniali noti come briozoi costruiscono intricati hogares di pietra. Queste creature, spesso chiamate "animali muschio", non sono singoli individui ma vaste comunità di cloni microscopici che lavorano insieme. Per secoli, gli scienziati hanno saputo che queste colonie sono composte da carbonato di calcio, lo stesso minerale presente nel calcare e nelle conchiglie. Tuttavia, la storia di come questi animali costruiscano i loro scheletri, e quali segreti tali scheletri possano custodire riguardo all'ambiente in cui vivono, è rimasta in gran parte nascosta. La sfida risiede nella scala: le strutture sono così piccole che richiedono microscopi potenti per essere viste, e i segnali chimici che contengono sono così deboli da essere facilmente ignorati dagli strumenti standard. Comprendere questi minuscoli costruttori è cruciale perché sono importanti contributori ai depositi di carbonato mondiali, e i loro scheletri potrebbero potenzialmente servire come registri storici delle condizioni oceaniche, a patto che si riesca a imparare a leggere il linguaggio chimico scritto all'interno delle loro pareti di pietra.

Un team di ricercatori si è messo in viaggio per decodificare questo linguaggio studiando due specie specifiche di briozoi trovati nelle praterie di posidonia del Sud Australia. Nonostante appartengano a diverse famiglie evolutive che si sono separate centinaia di milioni di anni fa, queste due specie, Celleporaria cristata e Densipora corrugata, si sono evolute per apparire quasi identiche all'esterno. Entrambe formano colonie a forma di fuso che crescono lungo i fusti delle piante marine, caratterizzate da una serie di prominenti creste che corrono attraverso le loro superfici. Gli scienziati volevano sapere se questa sorprendente somiglianza di forma significasse che costruivano le loro case nello stesso modo, o se le loro antiche differenze dettassero ancora i dettagli microscopici della loro costruzione. Per scoprirlo, hanno utilizzato una serie di tecniche di imaging avanzate per esaminare le colonie, dalla dimensione dell'animale intero fino ai singoli granelli di minerale che compongono le loro pareti.

L'indagine è iniziata osservando la forma complessiva e la disposizione interna delle colonie. Utilizzando una scansione 3D ad alta risoluzione, i ricercatori hanno confermato che, sebbene le forme esterne fossero quasi gemelle, le stanze interne dove vivevano i singoli animali erano fondamentalamente diverse. In una specie, le camere abitative erano simili a scatole, mentre nell'altra erano lunghi tubi. Questa differenza rifletteva le loro distinte storie evolutive. Eppure, quando il team ha fatto uno zoom ulteriore per esaminare le pareti stesse, ha trovato un sorprendente terreno comune. Entrambe le specie costruivano le loro pareti utilizzando un mix di minuscole placche minerali piatte e piccoli ammassi granulari di carbonato di calcio. Al livello più piccolo, entrambe erano costruite da nanogranuli, minuscole particelle arrotondate di dimensioni comprese tra 65 e 250 nanometri. Ciò suggerisce che, nonostante i loro diversi percorsi evolutivi, entrambi gli animali utilizzano gli stessi elementi base per assemblare le loro case di pietra, formandole probabilmente unendo insieme queste minuscole particelle.

I ricercatori hanno poi rivolto l'attenzione alla composizione chimica di queste pareti di pietra, concentrandosi in particolare sul magnesio, un elemento che spesso viene intrappolato nel carbonato di calcio durante la sua formazione. Hanno scoperto che entrambe le specie incorporano il magnesio nei loro scheletri, ma lo fanno in modi molto diversi. Nella specie con le camere a forma di tubo, il magnesio era concentrato in bande distinte che si allineavano perfettamente con le creste esterne sulla superficie della colonia. Questo schema ha portato gli scienziati a un'ipotesi convincente: queste creste potrebbero essere segni di crescita annuale, simili agli anelli di un albero. Poiché i livelli di magnesio negli animali marini spesso aumentano durante i mesi estivi più caldi, le creste ad alto contenuto di magnesio potrebbero rappresentare periodi di rapida crescita estiva. Se ciò fosse vero, le colonie potrebbero avere diversi anni di età, con il numero di creste che indica la loro età. Al contrario, l'altra specie mostrava magnesio disperso in bande irregolari attraverso le sue pareti, senza una chiara connessione con la forma esterna, rendendo impossibile utilizzare lo stesso metodo per determinarne l'età.

Oltre ai minerali, il team ha investigato anche i materiali organici intrappolati all'interno della pietra. Tutti gli esseri viventi che costruiscono gusci duri mescolano alcune molecole organiche, come proteine e zuccheri, per guidare la formazione del minerale. I ricercatori hanno scoperto che le due specie utilizzano ricette organiche molto diverse. La specie con le camere a forma di scatola aveva pareti ricche di proteine, che sembravano far parte di una pelle esterna protettiva, o cuticola, che viene incorporata nella parete man mano che l'animale cresce. L'altra specie, che manca di questa pelle esterna, aveva pareti piene di strati organici ricchi di carboidrati situati tra i granelli minerali. Questa differenza evidenzia come due animali che appaiono uguali all'esterno possano avere strategie biologiche interne completamente diverse per costruire i propri scheletri.

Lo studio conclude che, sebbene questi due briozoi siano confluiti in una forma simile per sopravvivere nello stesso ambiente, la loro costruzione interna rimane una testimonianza del loro unico passato evolutivo. Le scoperte offrono un nuovo modo di guardare a queste piccole colonie, suggerendo che la specie con le creste ricche di magnesio potrebbe servire come naturale registratore delle passate temperature oceaniche. Contando le creste e analizzandone la chimica, gli scienziati potrebbero essere in grado di ricostruire la storia del riscaldamento estivo in questi ecosistemi di prateria marina. Questo lavoro non si limita a descrivere come questi animali costruiscono; apre una porta all'utilizzo delle loro case di pietra come strumenti per monitorare come i nostri oceani stiano cambiando, trasformando una colonia microscopica in una finestra sul clima del passato.