Anita Ferri fa la tesi doctoral a la Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia sobre els cucs poliquets carnívors. Com a espècie model ha triat Halla parthenopeia, de la família dels Oenonidae, que viu en els fons sorrencs de la Mar Mediterrània i s’alimenta de cloïsses. Més enllà de la curiositat zoològica, H. parthenopeia és interessant per propietats biològiques de compostos del seu metabolisme. Cultivar-lo per aprofitar els compostos bioactius de les seves secrecions és un exemple de com la biotecnologia pot treure profit de la diversitat zoològica. En un article publicat ahir al Journal of Morphology, Ferri et al. fan una descripció de l’anatomia i microanatomia de H. parthenopeia. L’objectiu és aclarir la relació entre morfologia i hàbitat, i descriure les defenses químiques i el comportament alimentari d’aquest cuc. Destaquen la longitud de la faringe, que arriba més enllà de l’esòfag, ocupant bona part del cos, i que allotja maxil·les i mandíbules, que connecten amb una extensa glàndula mucosa. Aquesta glàndula secreta el mucus alimentari, amb el qual són immobilitzades les cloïsses, i que contribueix a digerir-les. El mucus alimentari és portador de compostos bioactius sintetitzats per cèl·lules seroses especialitzades de la boca. H. parthenopeia és un cuc excavador, i disposa de defenses anatòmiques front de depredadors. L’epidermis consta d’una capa de cutícula gruixada amb abundància de mucòcits, els quals secreten un mucus locomotor. La funció d’aquest mucus i d’aquesta cutícula és protegir el cuc en el decurs de les excavacions de danys mecànics. El mecanisme de defensa contra depredadors més destacat és la secreció d’hal·lacroma, una antraquinona tòxica produïda per cèl·lules específiques de la regió distal del cuc. L’hal·lacroma també augmenta com a substància antimicrobiana, frenant la infecció de ferides fetes durant les excavacions. Ferri et al. es fixen especialment en la relació entre trets microanatòmics especialitzats responsables de les secrecions i comportaments complexos, entesos tots ells el marc de la posició d’aquest cuc com a depredador dels fons marins.
Ferri et al. han estudiat les cèl·lules secretores del poliquet carnívor excavador ‘Halla parthenopeia’ per tal d’entendre la funció del mucus alimentari en la captura de preses i en la defensa davant de depredadors.
Un poliquet carnívor i excavador
Anita Ferri, del Departament de Ciències Químiques i Geològiques de la Universitat de Mòdena i Reggio Emilia, ha participat en la concepció, metodologia, anàlisi formal i investigació, i en la preparació del primer esborrany de l’article.
Pedro M. Costa, de l’Institut de Salut i Bioeconomia de la NOVA University de Lisboa, ha participat en la concepció, metodologia, anàlisi formal i investigació, en la revisió i edició de l’article, l’adquisició de fons, l’aportació de recursos i supervisió.
Roberto Simonini, professor associat del Dipartimento di Scienze della Vita de la Università di Modena, ha participat en la concepció, metodologia, anàlisi formal i investigació, la revisió i edició de l’article, l’adquisició de fons, recursos i supervisió.
Aquesta recerca s’ha finançat amb el Pla Nacional italià de Recuperació i Resiliència, amb fons NextGenerationEU. La Fundació Portuguesa per a la Ciència i Tecnologia dóna suport a la Unitat de Recerca de Biociències Moleculars Aplicades UCIBIO. Els autors agraeixen el suport tècnic durant els experiments de Sara Righi, Sandro Sacchi, Elena Cenni, Mariaelena D’Ambrosio, Carla Martins i Cátia Gonçalves.
L’article fou rebut pel Journal of Morphology el 16 de juliol del 2024. Després d’un procés de revisió conclòs el 25 de setembre, l’article fou acceptat l’endemà, i publicat el 9 d’octubre.
Els poliquets són la classe més diversificada dels cucs anèl·lids. En els ecosistemes marins els trobem com a preses, com a depredadors, com a filtradors, com a detritívors, com a bioturbadors, etc. Les estratègies ofensives i defensives de les diferents espècies són ben variades: comportamentuals (com ara fer galeries en el sediment), morfofuncionals (producció de toxines front depredadors, paràsits o bacteris), etc.
Com en tot el regne animal la primera barrera de defensa és l’epidermis. En l’epidermis de molts poliquets trobem estructures especialitzades pel que fa a capacitats protectores i sensorials. Així en el tegument hi sol haver cèl·lules especialitzades que secreten tot un ventall de compostos (mucines, compostos bioactius, etc.).
Els poliquets depredadors han desenvolupat una diversitat d’estratègies per capturar preses, com ara la depredació emboscada, la caça activa, o l’excavació de galeries. Alguns poliquets depredadors secreten toxines per immobilitzar la presa.
Halla parthenopeia és un poliquet que viu en els tubs que ell mateix construeix, és a dir que és un poliquet sèssil. És un depredador voraç, que pot recordar-nos al sarlacci de la saga de Star Wars. Fa 1 metre de llarg i pesa típicament uns 30 grams. És un cuc de la infauna bentònica, és a dir que viu dins del sediment marí, concretament del fons litoral entre sorrenc i fangós de mars temperades i subtropicals. En la seva dieta hi ha una clara preferència pels bivalves, entre els quals cerca i selecciona les preses de major profit. L’èxit com a depredador l’obté en part per comportaments i en part per secrecions bioactives. En contactar amb la presa, l’omple d’un mucus fins que aconsegueix que el bivalve obri lleugerament la closca.
A banda d’aquest mucus alimentari d’origen oro-faringi, H. parthenopeia secreta un mucus locomotor per l’epidermis i un altre mucus de color porpra per la part posterior del cos. Si el mucus alimentari té una funció digestiva, el mucus locomotor té una funció de protecció mecànica (mentre fa galeries en la sorra) i el mucus porpra una funció de protecció química. El mucus porpra conté una antraquinona tòxica, que ha rebut el nom d’hal·lacroma, i que protegiria el cuc contra competidors, paràsits o patògens.
En aquest treball Ferri et al. fan ús d’anàlisis histològiques per trobar les cèl·lules responsables de les diferents secrecions mucoses.
Un policultiu de sis mesos
Ferri et al. compren els seus cucs vius a un policultivador que treballa al detall. En arribar al laboratori, aquests cucs vius han de passar per un procés d’aclimatació i selecció. Els cucs que el passen són mantinguts en el laboratori durant un mínim de sis mesos.
Cada mes Ferri et al. retiren els cucs del sediment, els examinen i substitueixen el sediment per un de nou. És en aquestes revisions mensuals que fan els estudis de comportament i de secreció d’hal·lacroma.
Per a l’anàlisi histològica, Ferri et al. seleccionaren dotze cuc, el més llarg dels quals feia 80 cm. Aquests cucs foren col·locats en un tanc de plàstic amb aigua marina artificial netejada, i mantinguts en dejuni durant una setmana. Al cap d’aquest temps foren anestesiats durant 1 hora a una temperatura de 4°C amb una solució de MS222 (164 mg/mL), i tallats amb un escalpel per aconseguir peces cilíndriques de 2 cm de llargada. Les peces eren fixades d’acord amb diferents protocols:
– de Carnoy (6:3:1 etanol absolut:cloroform:àcid acètic).
– de Bouin (solució aquosa de 24% de formaldehid, 5% d’àcid acètic i àcid pícric fins a la saturació.
– de Davidson (solució aquosa del 30% d’etanol absolut, 10% de formalina, 10% d’àcid acètic).
– de paraformaldehid al 4% en un tampó fosfat salí.
Per a cada fixador es processaren peces derivades de tres cucs diferents. Les mostres eren després deshidratades en una sèrie etanòlica (del 30% al 100%), infiltrats amb xilè, muntats en parafina i tallats en el microtòm en seccions de 5 μm de gruix.
Algunes mostres fixades foren disseccionades sota un estereomicroscopi, per recuperar-hi òrgans i teixits. Aquests espècimens eren muntats en resina prèvia deshidratació en acetona.
Les seccions histològiques en parafina i en resina eren examinades amb les tècniques de tinció següents:
– hematoxilina-eosina.
– tècnica tetracròmica amb blau d’alcià per a la identificació de sucres acídics.
– tinció d’àcid periòdic/Schiff’s per a la identificació de polisacàrids neutres.
– hematoxilina de ferro de Weigert per a la identificació de cromatina.
– àcid pícric per a la identificació de múscul i de citoplasma.
– blau de Coomasie per a la tinció de proteïnes.
– absència de tinció, per observar-hi grànuls d’hal·lacroma com a taques fosques en la paret corporal.
Per a cada tinció es prepararen 25 portaobjectes, cadascun d’ells amb 10-12 seccions (transversals o longitudinals). Es prengueren microfotografies a color.
Anatomia general
Dorsalment el protostomi té forma de con, i consta de tres antenes. Hi ha dos parells d’ulls simples, un de més gran i un altre de més petit, en el marge postero-lateral del protostomi. Cada ull consta d’una lent i es troba profundament enfonsat en el cap, de forma que queda cobert per una cutícula.
L’epiteli de la major part del protostomi és ric en mucòcits.
El cos es troba format per centenars de segments homonòms. Des de la part ventral a la part dorsal són solcats successivament pel sistema nerviós, el vas ventral, els nefridis, el sistema digestiu i el vas dorsal. Totes aquestes estructures són envoltades per quatre feixos musculars longitudinals i per músculs circulars. Músculs parapodials es troben connectats a les extremitats o quetígers. Els quetígers són similars en tot el cos, amb un cirrus dorsal aplanat, dos lòbuls quetals i quetes capil·lars.
El cordó nerviós ventral és gran i recorre tota la longitud del cos. Es caracteritza per axons gegants, que arriben a fer 70 μm de diàmetre. El sistema nerviós perifèric consisteix en nervis segmentals i en nervis longitudinals.
El sistema vascular consta d’un vas ventral i d’un vas dorsal, connectats per vasos segmentals laterals. Una extensa xarxa capil·lar irriga la paret corporal i els parapodis.
El sistema excretor és format per parells simètrics de nefridis a cada segment corporal. Els nefridis de la part posterior de cos són més petits i menys irrigats.
El sistema digestiu consisteix en un aparell alimentari (faringe) i un intestí tubular.
La cavitat celòmica es va ampliant a mesura que ens acostem als segments posterior del cos. Allà hi ha prou espai per allotjar-hi els teixits gonadals.
L’aparell alimentari
La boca se situa en el costat ventral del peristomi. La boca és envoltada per sis plecs epitelials.
La faringe és una estructura muscular oblonga eversible, que va des de la boca fins al 9è-10è quetíger. Hi trobem cinc parells de maxil·les i un parell de mandíbules.
A la boca hi trobem dos canals. Un es correspon a l’esòfag, que la connecta amb la primera part de l’intestí. L’altre és un conducte glandular que connecta a una massiva glàndula mucosa.
L’epitel bucal pseudoestratificat és ple de mucòcits. En menor mesura també hi ha cèl·lules seroses que fan una secreció rica en proteïnes.
La primera porció de l’esòfag és inervada per nervis somatogàstrics. L’esòfag ocupa un terç de la longitud del cos i té una organització espiral envoltada per una capa fina de musculatura. Hi abunden les cèl·lules mucoses.
La glàndula mucosa longitudinal, descrita per primera vegada en aquest estudi, s’origina en l’àrea maxil·lar i s’estén paral·lela a l’esòfag. Es tracta d’una glàndula tubular amb sacculi que desemboquen en un lumen central comú. La paret de la glàndula consisteix en una monocapa de cèl·lules que produeixen mucopolisacàrids àcids.
L’epidermis
L’epidermis recobreix tot el cos. És un epiteli pseudoestratificat. Al damunt hi ha una cutícula de 10 μm de gruix rica en col·lagen, i encara al damunt hi ha epicutícula. L’epidermis assoleix un gruix de 140 μm en la part central dels segments i en els parapodis, però baixa a 60 μm de gruix en les àrees intersegmentals.
Les cèl·lules de suport tenen una forma elongada, un citoplasma ric en grànuls petits i connecten amb la cutícula a través d’un petit canal.
Els mucòcits són el tipus cel·lular predominant en l’epidermis. Ferri et al. pensen que són els responsables de la secreció del mucus locomotor.
Les cèl·lules secretores d’hal·lacroma tenen un cos circular extens, amb un àrea de 300 μm2. Són especialment abundants en els segments posteriors, i sembla que és allà on tenen una funció activa.
Histologia de les porcions corporals regenerades
H. partenopeia pot patir talls autoinflingits (autotomies) en zones del cos que són després objecte de regneració. Ferri et al. han examinat algunes porcions que han seguit regeneracions durant mes de sis mesos. En la zona d’autotomia detecten una major pigmentació que no pas en els segments regenerats posteriors.
Secreció d’hal·lacroma
En el decurs de les extraccions dels cucs dels sediments, Ferri et al. no observen la presència de restes d’hal·lacroma en la sorra o en les galeries. No obstant, quan manipulaven els cucs fora del sediments sí observaven la secreció de mucus porpra des del porció posterior del cos. Aquesta secreció era estimulada per l’estrès mecànic, especialment quan es pressionava l’epidermis. La manipulació també pot induir la pèrdua de segments posterior per autotomia, un procés que també comportava un alliberament massiu d’hal·lacroma en la zona de ferida.
Les adaptacions de H. parthenopeia
El sistema masticador de H. parthenopeia és adequat per tractar amb menjar relativament tou, com és el cos dels bivalves. El mucus alimentari té una funció inicial en la promoció de l’obertura de la valva de la cloïssa, cosa que aconsegueix al cap d’unes hores mitjançant un efecte paralitzant. El mucus alimentari és originat per una glàndula massiva especialitzada. Les cèl·lules seroses de la boca contribueixen amb la secreció de proteïnes, que Ferri et al. pensen que serien enzims o toxines. La cutícula de la paret esofàgica protegiria de danys mecànics. La riquesa en mucines àcides i bàsiques de l’esòfag afavoriria la mobilitat del bolus alimentari cap a l’intestí.
Ferri et al. hipotetitzen la seqüència de processos:
– 1) la contracció de la faringe contrau també el lumen i el canal de la glàndula mucosa.
– 2) el mucus flueix cap a la boca on es barreja amb la secreció serosa formant-hi el mucus alimentari.
– 3) el mucus alimentari es diposita en la junció de les dues valves de la cloïssa on té un efecte paralitzant i digestor en qüestió d’hores.
– 4) en obrir-se les valves, l’acció coordinada de maxil·les i mandíbules permet d’extreure la carn de la cloïssa.
– 5) la carn ingerida és empesa al llarg de l’esòfag gràcies a la secreció abundant de mucus fins a arribar a l’intestí.
L’epidermis de H. parthenopeia consta de cèl·lules de suport, cèl·lules glandulars i cèl·lules sensorials, totes elles recobertes per una cutícula. Com correspon a un poliquet excavador, la cutícula és gruixuda i hi ha una secreció mucosa abundant. Quan l’animal detecta un possible depredador s’afanya a refugiar-se en el sediment formant-hi tubs. A més, l’animal opta per alimentar-se preferentment de nit, i durant el dia cobreix l’entrada del tub on viu amb sediment barrejat amb mucus. El mucus locomotor és transparent.
La secreció d’hal·lacroma és un exemple de secreció tòxica. Aquest mucus té un color porpra i és generat en la porció posterior del cos. La secreció pot ser estimulada amb una mica de pressió sobre la paret corporal. Els grànuls d’hal·lacroma són secretats possiblement en forma de precipitats o de polímers, i només passen a la forma activa o tòxica després d’haver estat alliberats. La secreció d’hal·lacroma es troba íntimament lligada a un altre mecanisme de defensa, l’autotomia dels segments posteriors del cos. Després de l’autotomia el cuc pot generar nous segments. L’hal·lacroma podria ajudar en aquest procés de regeneració gràcies a la seva activitat antimicrobiana.
Ferri et al. en aquest treball descriuen per primera vegada la glàndula responsable de la secreció de bona part del mucus alimentari. També identifiquen els mucòcits epidèrmics responsables de la secreció del mucus locomotor. Finalment, identifiquen les cèl·lules secretores d’hal·lacroma.
Lligams:
– Secretory Cells in Halla parthenopeia (Oenonidae): Potential Implications for the Feeding and Defence Strategies of a Carnivorous Burrowing Polychaete. Anita Ferri, Pedro M. Costa, Roberto Simonini. J. Morphol. 285: e21781 (2024).
Des de la Mediterrània 