Perché gli Hogfish hanno un rilevatore di luce nella pelle?

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Alcuni anni fa, durante una battuta di pesca nelle Florida Keys, la biologa Lori Schweikert si trovò faccia a faccia con un insolito atto di trasformismo. Catturò un pesce della barriera corallina dal muso appuntito chiamato hogfish e lo gettò a bordo. Ma più tardi, quando andò a metterlo in un frigorifero, notò qualcosa di strano: la sua pelle aveva assunto lo stesso colore e disegno del ponte della barca.

Pesce comune nell'Oceano Atlantico occidentale, dalla Carolina del Nord al Brasile, il pesce porco è noto per la sua pelle che cambia colore. La specie può trasformarsi da bianca a screziata a bruno-rossastra in pochi millisecondi per mimetizzarsi con coralli, sabbia o rocce.

Tuttavia Schweikert rimase sorpreso perché questo pesce porco aveva continuato a mimetizzarsi anche se non era più vivo. Il che l'ha portata a chiedersi: i pesci porco possono rilevare la luce usando solo la pelle, indipendentemente dagli occhi e dal cervello?

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"Questo mi ha aperto l'intero campo", ha detto Schweikert.

Negli anni successivi, Schweikert iniziò a ricercare sulla fisiologia della “visione cutanea” come ricercatore post-dottorato presso la Duke University e la Florida International University.

Nel 2018, Schweikert e il biologo della Duke Sönke Johnsen hanno pubblicato uno studio che mostra che i hogfish portano un gene per una proteina sensibile alla luce chiamata opsina che viene attivata nella loro pelle e che questo gene è diverso dai geni dell'opsina trovati nei loro occhi.

È stato scoperto che anche altri animali che cambiano colore, dai polpi ai gechi, producono opsine sensibili alla luce nella loro pelle. Ma non è chiaro come li utilizzino esattamente per cambiare colore.

"Quando l'abbiamo trovato nel hogfish, ho guardato Sönke e ho detto: perché avere un rilevatore di luce nella pelle?" ha detto Schweikert, ora assistente professore presso l'Università della Carolina del Nord Wilmington.

Un'ipotesi è che la pelle sensibile alla luce aiuti gli animali a osservare l'ambiente circostante. Ma nuove scoperte suggeriscono un’altra possibilità: “che potrebbero usarlo per vedere se stessi”, ha detto Schweikert.

In uno studio pubblicato il 22 agosto sulla rivista Nature Communications, Schweikert, Johnsen e colleghi si sono uniti per dare un'occhiata più da vicino alla pelle del hogfish.

I ricercatori hanno prelevato pezzi di pelle da diverse parti del corpo del pesce e li hanno fotografati al microscopio.

Da vicino, la pelle di un maiale sembra un dipinto puntinista. Ogni punto di colore è una cellula specializzata chiamata cromatoforo contenente granuli di pigmento che possono essere rossi, gialli o neri.

È il movimento di questi granuli di pigmento che cambia il colore della pelle. Quando i granuli si diffondono nella cellula, il colore appare più scuro. Quando si raggruppano in un minuscolo punto difficile da vedere, la cellula diventa più trasparente.

Successivamente, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata immunomarcatura per localizzare le proteine ​​opsina all’interno della pelle. Hanno scoperto che nel hogfish le opsine non vengono prodotte nelle cellule dei cromatofori che cambiano colore. Invece, le opsine risiedono in altre cellule direttamente sotto di loro.

Le immagini scattate con un microscopio elettronico a trasmissione hanno rivelato un tipo di cellula precedentemente sconosciuta, appena sotto i cromatofori, ricca di proteina opsina.

Ciò significa che la luce che colpisce la pelle deve passare attraverso i cromatofori pieni di pigmenti prima di raggiungere lo strato sensibile alla luce, ha detto Schweikert.

I ricercatori stimano che le molecole di opsina nella pelle del hogfish siano più sensibili alla luce blu. Questa è la lunghezza d'onda della luce che i granuli di pigmento nei cromatofori dei pesci assorbono meglio.

I risultati suggeriscono che le opsine sensibili alla luce dei pesci agiscono in qualche modo come una pellicola Polaroid interna, catturando i cambiamenti nella luce che è in grado di filtrare attraverso le cellule piene di pigmento sovrastanti mentre i granuli di pigmento si accumulano o si aprono a ventaglio.