L’incredibile caso di adattamento del pesce ghiaccio

I pesci sono i vertebrati più vari e numerosi presenti sul pianeta, con oltre 20.000 specie. Grazie alla possibilità di occupare diverse nicchie ecologiche, caratterizzate da molteplici condizioni ambientali, hanno acquisito una notevole varietà di caratteristiche biochimiche, morfologiche, funzionali, comportamentali ed ecologiche. Si possono trovare pesci che vivono dalle pozzanghere temporanee fino agli abissi oceanici. Un ambiente come le acque gelide dell’Oceano Antartico rappresenta una sfida significativa di adattamento, che i pesci ghiaccio hanno dovuto superare per poter sopravvivere e prosperare.

Dei particolari pesci marini, noti comunemente come pesci ghiaccio o pesci ghiaccio coccodrillo, hanno sviluppato un adattamento incredibile per vivere in un ambiente dalle condizioni estreme. Questi pesci fanno parte della famiglia dei Channichthyidae, che sono tra i pochi pesci che vivono nelle acque fredde dell'Oceano Antartico dove la temperatura si avvicina al punto di congelamento dell’acqua. Per evitare di congelare, e quindi evitare che i liquidi all’interno delle cellule formino dei cristalli di ghiaccio, hanno adottato diverse strategie, che insieme, li rendono uno degli esempi di adattamenti estremi più stupefacenti del mondo animale.

I pesci ghiaccio, più che adattarsi, hanno compiuto un processo di disadattamento per vivere nelle fredde acque del Polo Sud. Si parla di disadattamento poiché hanno perso molti tratti funzionali che quasi tutti i pesci, invece, possiedono. In particolare, hanno perso la capacità di produrre i pigmenti respiratori, l’emoglobina e la mioglobina, che si pensavano essere essenziali. Infatti, questi pesci sono stati denominati icefish dai primi balenieri britannici proprio per il loro aspetto bianco spettrale, dato dal loro sangue quasi trasparente. I pesci ghiaccio sono stati descritti fisiologicamente per la prima volta da Ruud nel 1954 nel suo articolo su Nature, e nel tempo la loro eccezionale fisiologia è stata approfondita. Nei prossimi paragrafi verranno presentati i principali tratti adattativi dei pesci ghiaccio.

I pesci ghiaccio vivendo nel posto più freddo sulla Terra hanno dovuto sviluppare delle strategie per non congelare. A quelle temperature, si formerebbero dei cristalli di ghiaccio all’interno delle cellule, le quali verrebbero inesorabilmente danneggiate portando alla morte l’organismo. I pesci ghiaccio, allora, grazie alla pressione selettiva che l’ambiente antartico ha esercitato, hanno sviluppato la capacità di produrre delle proteine anticongelanti. Queste molecole sono delle glicoproteine antigelo, in grado di bloccare la crescita dei cristalli di ghiaccio all’interno dei tessuti dell’animale poiché agiscono abbassando il punto di congelamento, comportandosi come dei veri e propri antigelo. Nel DNA dei pesci ghiaccio ci sono dei geni deputati alla codifica di queste importanti macromolecole.

Nel sangue, solitamente, si trovano tantissimi eritrociti, tanto che il valore dell’ematocrito si aggira tra il 16 e il 18%. Le acque dell’Antartide, però, essendo molto fredde, rendono il sangue altamente viscoso, generando un forte stress sul cuore che dovrebbe pompare con grandissima energia per permettere al sistema circolatorio di funzionare. Per questo motivo i pesci ghiaccio hanno portato il valore dell’ematocrito a sfiorare lo zero, diminuendo drasticamente il numero di eritrociti. Inoltre, alcune specie, hanno perso la capacità di produrre l’emoglobina, quella proteina essenziale per il trasporto dell’ossigeno in tutto il corpo e che dà il tipico colore rosso al sangue. L’evoluzione, però, non ha portato a sostituire questo composto con un trasportatore dell’ossigeno alternativo. E allora i pesci ghiaccio come fanno ad ossigenare i propri tessuti?

Grazie alle basse temperature a cui questi pesci vivono, i processi metabolici sono rallentati, richiedendo una minor quantità di ossigeno. Inoltre, è bene ricordare che la riduzione della temperatura porta ad un aumento della solubilità dei gas, rendendo quindi le acque antartiche molto ricche di ossigeno. Le branchie, ben vascolarizzate, possono assorbire ossigeno con più facilità e la cute priva di scaglie con una fitta rete di capillari, attua una vera e propria respirazione cutanea scambiando i gas con l’ambiente. L’eliminazione dell’emoglobina non si è quindi riflessa in alcun modo in un ostacolo per la respirazione di questi pesci.

Un altro tratto adattativo tipico del pesce ghiaccio per compensare le sue “mancanze”, è stato lo sviluppo di un cuore enorme. Cuori così grandi possono permettersi una grande gittata o portata cardiaca, ovvero il volume di sangue che i due ventricoli riescono ad espellere nelle arterie in un minuto. In questo modo l’intero sistema vascolare che permea il corpo dell’organismo viene potenziato. Un cuore del genere è quindi in grado di spostare grandi volumi sistolici a una bassa velocità e a una bassa pressione, permettendo un ampio riempimento ventricolare.

Per trarre vantaggio dalla colonna d'acqua ricca di cibo, questi animali hanno rinunciato a una funzione che sembrava cruciale per aumentare la loro galleggiabilità. I pesci ghiaccio, infatti, hanno perso la vescica natatoria, un organo che permette di salire in superficie o scendere in profondità regolando la quantità di ossigeno. Questi pesci antartici hanno compensato questa mancanza adattando le loro ossa, che sono diventate in parte cartilaginee, eliminando le squame e accumulando grasso. Questo rende il loro peso in acqua quasi nullo, riducendo enormemente il dispendio energetico durante gli spostamenti.

Il ritmo circadiano, che regola il ciclo sonno-veglia nelle 24 ore, è controllato da un insieme di geni specifici. Nei pesci ghiaccio questi geni hanno subito delle mutazioni. Nell'ambiente antartico, con inverni lunghi e bui, si è esercitata una pressione selettiva su tali geni, portando alla loro perdita nel corso dell’evoluzione di questi pesci. Si ritiene che l’alternanza tra il buio profondo invernale e la luce intensa estiva abbia reso alcuni regolatori del ritmo circadiano meno utili per i pesci ghiaccio, riducendo così la necessità di conservarli.

I pesci ghiaccio dell'Antartide costituiscono un eccezionale esempio di adattamento evolutivo a condizioni ambientali estreme. Questi pesci hanno sviluppato particolari tratti biochimici e morfologici, tra cui la produzione di proteine anticongelanti e l'assenza di emoglobina, che consentono loro di prosperare nelle acque più fredde del pianeta. Studiandoli, possiamo ottenere preziose informazioni sull'evoluzione e la biodiversità, rendendoli un tema affascinante per chi è interessato alla vita in climi estremi.