Elettroricezione squali: un infallibile sesto senso

L’ELETTRORICEZIONE

Molti vertebrati acquatici hanno la capacità di percepire i campi elettrici, anche molto deboli, emessi dagli altri animali presenti nell’ambiente circostante. I campi elettrici possono essere generati dalla contrazione muscolare di animali in movimento, dall’apertura e chiusura della bocca o dell’opercolo (organo mobile che copre l’apertura delle branchie). Questo tipo di percezione sensoriale è presente negli organismi acquatici perché necessita di un mezzo conduttore: l’acqua è un miglior conduttore rispetto all’aria. L’elettrorecezione è stata dimostrata in una specie di delfino (Sotalia guianensis), in quasi tutte le classi di pesci, in due ordini di anfibi. Le eccezioni attualmente note sono i mammiferi monotremi (echidne e ornitorinchi), scarafaggi e api. Nella maggior parte dei gruppi di animali l’elettroricezione è passiva: l’animale percepisce i deboli campi bioelettrici generati da altri animali e li usa per localizzarli per fini di predazione. L’elettroricezione è attiva quando l’animale percepisce il suo ambiente circostante generando campi elettrici e rilevando le distorsioni in questi campi; i campi elettrici sono prodotti mediante l’organo elettrico (presente in razze e torpedini).

Nell’elettroricezione passiva i campi elettrici sono percepiti da organi posti sulla cute: gli elettrorecettori. Questi derivano dai neuromasti, le cellule sensoriali della linea laterale. Gli elettrorecettori hanno diversi tipi di organizzazioni e di sensibilità. Quando i recettori sono costituiti da cellule cigliate localizzate sul fondo di canali ripieni di liquido gelatinoso che comunicano con l’ambiente esterno attraverso dei pori, sono definiti ampolle di Lorenzini o organi ampollari; quando le cellule cigliate sono presenti in una camera isolata e priva di gel che comunica con l’esterno attraverso uno strato di cellule lasse sottocutanee, sono definiti organi tuberosi. In ogni caso le cellule sensoriali ricevono un’innervazione afferente (le fibre trasportano gli impulsi nervosi dai recettori sensoriali che si trovano in periferia verso il sistema nervoso centrale).

LE AMPOLLE DI LORENZINI

Le ampolle di Lorenzini prendono il nome da Stefano Lorenzini, il medico italiano da cui furono scoperte e descritte nel 1678. Questi organi ampollari sono presenti in tutti gli elasmobranchi (squali, razze, torpedini) e in alcune specie di teleostei. Nella regione cefalica degli elasmobranchi sono presenti numerosi pori; alcuni di questi comunicano con i neuromasti della linea laterale sensibili alle vibrazioni mentre altri sono coinvolti nel meccanismo dell’elettroricezione. Nel secondo caso al di sotto dei pori è presente un canale che comunica con una piccola camera (ampolla). Sul fondo dell’ampolla sono presenti le cellule sensoriali il cui corpo cellulare è in stretto contatto con le altre cellule di sostegno dell’ampolla. Le cellule sensoriali dell’ampolla presentano una membrana apicale da cui sporge uno chinociglio che protrude nel lume dell’ampolla. La membrana basale della cellula sensoriale forma sinapsi chimiche con le fibre afferenti.

Cosa avviene dopo la percezione del campo elettrico?

I canali che collegano l’ampolla con il poro esterno hanno un diametro di circa 1 mm e la lunghezza può arrivare fino a 20 cm. Le pareti del canale sono rivestite da uno strato di cellule squamose, connesse da giunzione strette, che secernono il liquido gelatinoso che riempie il canale. La sostanza presente all’interno del canale è ricca di ioni calcio (Ca++) la cui elevata conduttanza facilita il flusso della carica. La sensibilità ai campi elettrici delle ampolle di Lorenzini dipende molto dalla presenza dell’acqua di mare. Gli organi ampollari sono recettori tonici (inducono una scarica di impulsi a frequenza costante, o con una leggera diminuzione, per tutta la durata dello stimolo) sensibili a frequenze comprese tra 1 e 8 Hz.

Nel momento in cui il poro esterno percepisce una corrente, tra il poro e la base dell’ampolla (dove sono presenti gli elettrorecettori) si crea una differenza di potenziale. La depolarizzazione delle cellule sensoriali determina il rilascio del neurotrasmettitore e le scariche delle fibre nervose raggiungono il sistema nervoso centrale.  Gli elasmobranchi, grazie alle migliaia di ampolle di Lorenzi disposte nella regione cefalica, riescono a percepire anche i più deboli campi elettrici generati dall’attività dei muscoli respiratori e cardiaci delle prede.

Le proprietà del liquido gelatinoso

Il liquido gelatinoso contribuisce alla funzione di elettrosensibilità, ma i dettagli di tale contributo sono ancora poco chiari. Il gruppo di Marco Rolandi, professore associato di ingegneria elettrica presso l’Università della California a Santa Cruz, e i colleghi dell’Università di Washington e del Benaroya Research Institute, hanno analizzato le proprietà del liquido gelatinoso presente nel canale delle ampolle di Lorenzini. La conduttività protonica del gel estratto da torpedini e squali ha mostrato una conduttività 40 volte inferiore al Nafion, un polimero sintetico all’avanguardia che conduce i protoni. La conduttività protonica (la capacità di un materiale di condurre protoni) del liquido gelatinoso delle ampolle di Lorenzini è finora il più alto riportato per un materiale biologico; ha una conducibilità di circa 1,8 ms/cm. Si pensa che il cheratan solfato (glicosamminoglicano), identificato nella gelatina, possa contribuire all’elevata conduttività protonica con i suoi gruppi solfati: gruppi acidi e donatori di protoni.

GLI SCOPI DELL’ELETTRORICEZIONE NEGLI SQUALI

Negli squali l’elettroricezione ha lo scopo principale di individuare potenziali prede. Ogni lieve scarica elettrica prodotta da un animale è percepita dallo squalo. La forza del campo elettrico diminuisce con l’aumentare della distanza della preda. Da esperimenti fatti in mare si è dimostrato che gli squali utilizzano tutti i sensi, ma ne attivano solo uno o alcuni in prossimità dell’animale. Se da lontano prevalgono odore e vista, a brevi distanze, se l’acqua si fa torbida, lo squalo fa affidamento sull’elettroricezione che gli permette di serrare la mascella e attaccare la preda a colpo sicuro. Tra tutti gli animali conosciuti, gli squali sono quelli con la più precisa percezione elettrica. Il suo sesto senso, permette allo squalo di identificare anche prede nascoste e in condizioni di pessima visibilità. A volte gli squali attaccano le barche perché il potenziale elettrochimico generato dall’interazione tra metallo e acqua di mare è molto simile ai deboli campi elettrici prodotti dalle prede.

Le ampolle di Lorenzini sono utilizzate dallo squalo anche per la geolocalizzazione, riconoscere la propria posizione rispetto al campo magnetico terrestre. Un altro utilizzo dell’elettroricezione è per fini di orientamento: le correnti oceaniche, generate dal campo magnetico terrestre, producono dei campi elettromagnetici che sono usati dagli squali per migrare e rendere meno dispendioso il nuoto. Le ampolle di Lorenzini, oltre a rilevare campi elettrici e magnetici, hanno anche la capacità di rilevare la salinità, le variazioni batimetriche, gli stimoli meccanici e di favorire la comunicazione interspecifica.