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Che cosa è un Volvox? Una rapida panoramica

Volvox è un genere di alghe verdi. Le volvoxes sono alghe monocellulari fluttuanti, ma in genere rimangono insieme come colonie sferiche (o sfere) di 500-50.000 cellule. Possono vivere in una varietà di habitat d’acqua dolce, tra cui stagni, piscine e fossati. Sotto un microscopio, i volvox sembrano marmi verdi che ruotano lentamente, rendendoli uno degli organismi microscopici più adorabili.

Una colonia matura di Volvox carteri con molte colonie figlie all’interno sotto un microscopio.
Fonte della foto: http://www2.unb.ca/vip/photos.htm

Volvox aureus sotto il microscopio.

Classificazione di Volvox

Volvox è un genere polifiletico di alghe verdi clorofite della famiglia delle Volvocaceae. Volvox è classificato nella classe Chlorophyceae a causa della presenza di clorofilla.
Scientific classification
Domain: Eukaryota
Kingdom: Plantae
Phylum: Chlorophyta
Class: Chlorophyceae
Order: Chlamydomonadales
Family: Volvocaceae
Genus: Volvox
(Reference: wiki)
There are 20 species of freshwater Volvox. Common species are Volvox aureus, Volvox globator, Volvox carteri, and Volvox barberi, etc.

Volvox carteri under ultraviolet light.
Photo source: Microbe wiki

La struttura cellulare di Volvox

Una tipica colonia di volvox è costituita da una sfera cava di cellule. Ogni palla, o coenobio, è formata da un singolo strato di cellule superficiali unite tra loro. Ogni cellula è circondata da una spessa parete mucillaginosa, formando uno strato gelatinoso che tiene insieme la palla cava. In alcune specie di volvox, queste pareti mucillaginose possono riempire lo spazio interno della sfera.
Queste cellule superficiali sono anche chiamate cellule vegetative o cellule somatiche. Ogni cellula vegetativa seduta sulla superficie della sfera porta due flagelli. Questi flagelli affrontano il lato dell’acqua circostante e battono per spingere l’intera colonia attraverso l’acqua. Questo è il motivo per cui un volvox si muove come una palla rotolante.

Volvox è una sfera cava di 500-50.000 cellule, chiamata colonia o coenobio. La palla vuota è costituita da uno strato di cellule. Ogni cella ha un paio di flagelli simili a frusta. Il flagello batte in sincronia, permettendo alla colonia di cellule di nuotare.
Immagine modificata da cronodon.

Una visione ravvicinata delle cellule vegetative sulla superficie di una colonia di Volvox. Sono visibili due flagelli e un occhio rosso.
Fonte della foto: microscopy-uk.org.uk

Oltre alle cellule somatiche flagellate, una colonia matura di Volvox contiene anche cellule germinali riproduttive. Il numero di cellule germinali è inferiore alle cellule somatiche e si trova al centro della sfera.
All’interno della cellula vegetativa, c’è un nucleo, un cloroplasto a forma di coppa, diversi vacuoli contrattili (che regolano l’acqua) e altri organelli cellulari. Ogni cellula vegetativa ha un eyespot rosso (stigma) che può percepire la luce. Volvox, come altre alghe verdi, è fotosintetica e nuota verso la luce (chiamata fototassi) per mantenersi illuminata. Se la luce è troppo forte, i volvox si allontanano anche da luci molto luminose che possono danneggiare i loro cloroplasti. La sfera Volvox ha un front-end preferito e le celle nella parte anteriore della sfera hanno punti oculari più grandi rispetto al resto. Questi punti oculari guidano il movimento della colonia volvox. Le cellule riproduttive sono raggruppate sul lato di riposo.

Una cellula somatica volvox è a forma di pera con distinti poli anteriori e posteriori.
Il polo anteriore possiede un eyespot fotosensibile e due flagelli che permettono alla colonia di muoversi verso la luce. La base dei flagelli porta cloroplasti a forma di tazza singola. La cellula di Volvox è racchiusa da una parete cellulare e da una membrana plasmatica. Il citoplasma centrale possiede un nucleo centrale, 2-3 vacuoli contrattili, diversi mitocondri, reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi (a volte chiamato dictyosomes nelle cellule vegetali), ribosomi, ecc. I vacuoli contrattili agiscono come organi escretori per regolare il livello dell’acqua della cellula. Il pirenoide è un corpo proteico nei cloroplasti delle alghe che producono e immagazzinano l’amido. Ogni cella ha misurato circa 15-25 µm di lunghezza.

Per coordinare il movimento dei flagelli tra le singole cellule volvox da battere all’unisono, tutte le cellule vegetative sulla superficie sono collegate ai loro vicini più vicini da ponti protoplasmatici. Questi ponti rendono continuo il citoplasma di tutte le cellule, il che consente alle onde dei segnali elettrici di viaggiare attraverso la colonia di volvox, innescando il movimento dei flagelli in modo coordinato e controllato. Infatti, la giunzione cellulare funziona allo stesso modo tra le nostre cellule del muscolo cardiaco per far battere il nostro cuore nel suo complesso!

Le singole cellule di Volvox sono collegate da sottili fili di citoplasma, chiamati ponti protoplasmatici. Il cluster cellulare al centro è un gruppo di cellule germinali riproduttive.
Fonte della foto: microscopy-uk.org.uk

Come vive Volvox?

Tutte le specie Volvox sono in grado di produrre i propri nutrienti attraverso la fotosintesi. I volvox sono verdi perché le loro cellule contengono cloroplasti che contengono i pigmenti verdi, chiamati clorofilla. Le molecole di clorofilla assorbono la luce solare e la convertono in energia biologica. Allo stesso tempo, la fotosintesi consuma anche anidride carbonica (CO2) e produce ossigeno (O2). A causa delle attività vegetali, i Volvox e tutte le altre alghe verdi sono organismi autotrofi.
Volvoxes sono una parte importante dell’ecosistema acquatico. Fanno parte della catena alimentare che li rende una componente importante degli alimenti per molti organismi acquatici come i pesci. Tuttavia, la crescita eccessiva di Volvox aureus potrebbe provocare una fioritura algale dannosa. Una fioritura algale è più frequente in acque calde ad alto contenuto di azoto.

Fioritura algale nel lago Binder, IA.
Photo credit:: Flickr

Quanto può crescere un Volvox?

Una palla o una colonia di volvox è solitamente un cluster di 500-50.000 cellule. Queste colonie hanno una forma cava ovoidale o sferica che varia da 100-6000 µm. Una grande colonia di volvox potrebbe essere grande quanto una capocchia di spillo.

Una colonia matura di Volvox ha un diametro di quasi 2 mm (puoi leggerla dalla barra della scala dell’immagine). Le colonie figlie all’interno di quella genitoriale sono pronte a rilasciare.

Come si riproduce Volvox?

Volvox può riprodursi asessualmente o sessualmente. La scelta tra riproduzione asessuata e sessuale dipende dalle condizioni in cui vivono. La riproduzione asessuata avviene durante l’estate in condizioni favorevoli, che consentono una rapida espansione della popolazione volvox. Il colore dello stagno può diventare verdastro a causa della rapida crescita dei volvox. Al contrario, la riproduzione sessuale avviene alla fine della stagione di crescita.

I volvox crescono rapidamente durante le stagioni calde.
Si possono trovare colonie Volvox di diverse dimensioni che rappresentano diverse fasi del ciclo di vita.
Fonte foto: wiki

Riproduzione asessuata di Volvox

Volvox può riprodursi asessualmente formando nuove colonie figlie all’interno della colonia parentale. Queste colonie figlie emergono da cellule ingrandite sulla superficie della colonia madre, chiamata gonidia (singolare: gonidio), all’estremità posteriore della colonia.

La formazione di gonidia sul lato interno di Volvox.

Gonidia sono cellule riproduttive asessuate. Cadono i loro flagelli; diventano di forma arrotondata; contengono citoplasma denso e si trovano all’interno di un sacco di gelatina che proietta verso l’interno della colonia. Ogni cellula del gonidio si divide ripetutamente e produce sempre più cellule figlie. Queste cellule si raggruppano e formano un piatto a forma di coppa di cellule. La divisione cellulare continua e, infine, formano una piccola colonia figlia sferica, che è sospesa dalla superficie interna dei genitori.

Il ciclo di vita asessuata di Volvox.

Le colonie figlie sono originariamente formate all’interno, con i loro flagelli rivolti verso l’interno. Quindi, devono subire un processo di inversione. Dopo l’inversione, le colonie figlie continuano a crescere, che sono come molte versioni in miniatura del genitore.

Una colonia figlia si sta trasformando dentro e fuori in modo che i flagelli saranno orientati verso l’esterno della cellula.
Fonte della foto: microscopy-uk.org.uk

Quando la colonia parentale si rompe e muore, queste colonie figlie scappano. Continuano a crescere per divisione cellulare. Una colonia parentale può rilasciare 5-20 figlie. Le colonie figlie possono contenere piccole colonie di nipoti al momento della schiusa.

Nascita di colonie figlie dopo che la colonia parentale si disintegra. Puoi vedere queste colonie di “nipotine” si stanno già sviluppando!
Fonte della foto: microscopy-uk.org.uk

Riproduzione sessuale di Volvox

Alcune specie di Volvox sono monoiche (un solo sesso) mentre altre sono dioiche (con due sessi separati). Nelle forme dioiche, le colonie femminili producono cellule uovo specializzate e le colonie maschili producono pacchetti di spermatozoi, entrambi nella parte posteriore delle colonie. Le cellule uovo mancano di flagelli e rimangono attaccate alle cellule vicine dai ponti protoplasmatici. Le cellule spermatiche non hanno pareti cellulari ma hanno due flagelli. Gli spermatozoi maturi si staccano dalla colonia genitore e nuotano verso le cellule uovo. Quando una cellula spermatica fertilizza una cellula uovo, si forma un ipnozigote a pareti spesse.

Hypnozygote può rimanere in fase dormiente o di riposo per un periodo di tempo. Se uno stagno si asciuga o si congela, gli stadi dormienti possono sopravvivere fino a quando le condizioni migliori per il ritorno della crescita. Questo è il motivo per cui la riproduzione sessuale di Volvox di solito inizia alla fine dell’estate.

Pacchetti di cellule spermatiche si stanno sviluppando in una colonia Volvox maschile.
Fonte della foto: microscopy-uk.org.uk

Le cellule uovo fecondate si sviluppano in ipnozigoti con uno strato protettivo duro. Gli ipnozigoti sono in grado di resistere a condizioni difficili e sopravviveranno in inverno.
Fonte della foto: microscopy-uk.org.uk

Chi ha scoperto Volvox?

Il microscopista olandese Antonie van Leeuwenhoek riferì per la prima volta le colonie di Volvox nel 1700. Leeuwenhoek scoprì anche molti altri organismi microscopici, come rotiferi e paramecia, usando i suoi semplici microscopi.

Sinistra: Il semplice microscopio utilizzato da Antony Van Leeuwenhoek per scoprire gli organismi microscopici. A destra: Illustrazione di Volvox nella lettera di Leeuwenhoek del 2 gennaio 1700.
Fonte: minst.org

L’evoluzione dei Volvox

I Volvox si sono evoluti da antenati Chlamydomonas unicellulari circa 200 milioni di anni fa, durante il periodo Triassico. Gli scienziati erano affascinati dall’evoluzione delle colonie di Volvox. Credevano che il segreto di come gli organismi multicellulari provenissero fosse lì. Infatti, hanno trovato la transizione dalle alghe unicellulari alle colonie pluricellulari di Volvox all’interno della famiglia di Chlamydomonas.

Studiando l’albero genealogico di Chlamydomonas, gli scienziati possono identificare l’evoluzione dalle alghe unicellulari alle colonie multicellulari di Volvoxes.
Fonte foto: wiki

Volvox è un importante organismo modello

Un organismo modello è una specie che è stata ampiamente studiata nella scienza. Di solito, un organismo modello è facile da mantenere e allevare in un ambiente di laboratorio e presenta particolari vantaggi sperimentali. Escherichia coli (un batterio), lievito, C. elegans (un nematode), mosca della frutta, zebrafish e topi sono tutti importanti organismi modello.

Infatti, Volvox è anche un organismo modello che aiuta gli scienziati a studiare l’embriogenesi, la morfogenesi e la differenziazione cellulare. Ad esempio, il cambiamento nella forma delle cellule Volvox durante l’inversione avviene in un processo analogo alla gastrulazione animale (un embrione che forma il suo intestino).

Sommario

• I volvox crescono come colonie sferiche. Ogni colonia può essere composta da 500-50. 000 cellule.
• Volvox preferisce vivere in corpi idrici ricchi di sostanze nutritive come laghi, piscine, canali, fossati, ecc.
• Esistono tre tipi di cellule Volvox: cellule vegetative, cellule riproduttive asessuate e cellule riproduttive sessuali.
• Le cellule vegetative sono cellule somatiche che formano il guscio della palla Volvox. Ogni cellula vegetativa ha due flagelli ed è attaccata l’una all’altra con fili citoplasmatici.
• I volvox possono riprodursi sia asessualmente che sessualmente. La decisione dipende dalle condizioni ambientali.
• Con la riproduzione asessuata, le cellule riproduttive crescono in colonie figlie all’interno della colonia madre. Dopo la maturazione, la colonia figlia esce dalla colonia genitore.
• Con la riproduzione sessuale, le cellule riproduttive femminili e maschili diventano cellule uovo e spermatozoi. Le cellule fecondate formano ipnozigoti che possono sopravvivere durante l’inverno o la stagione secca.

Un quadro interessante di entrambe le colonie Volvox e Gloeotrichia nello stesso campo. Gloeotrichia è un grande genere coloniale di cianobatteri. Gloeotrichia cresce in un corpo filamentoso fino a ~ 2 mm di dimensione.
Fonte foto: wiki