Elysia chlorotica: un animale fotosintetico. Biologia e fotobiologia.

In the future, bio-imitation of photosynthesis could be an agricultural reality; different animal species have developed strategies to exploit the energy of the Sun as nourishment and some of them show complex adaptations. The understanding of the latter, through an interdisciplinary approach, will be able to solve the problem of photodamage of the proteins involved in photosynthesis and their replacement and repair in the absence of the plant genome. Elysia chlorotica, a North American sea slug, can use the chloroplasts that subtracts from the alga from which it feeds (Vaucheria litorea) for 10 months. The remaining cellular components of the alga are digested, including the nucleus, while the chloroplasts remain inside the epithelial cells, in the diverticula of the sea slug digestive system. Subsequent analyses, from '800 to nowadays, prove the fact that photosynthesis occurs and that it can support the animal during periods in which the alga is not present; the phenomenon was called kleptoplasty. By studying the life cycle and the genetics of E. chlorotica, divergent results have been achieved: from one side, the presence of algal genes - coding for components essential to photosynthesis - in the slug genome has led to the hypothesis of an horizontal transfer of genes; on the other hand, some studies did not detect algal genes and/or did not consider the positive results able to justify horizontal gene transfer. Alternative hypotheses were presented, the most recent considering the model of metabolic recognition and the response that occurs between corals and zooxanthellae, finding elements in common with E. chlorotica kleptoplasty. Only with complete sequencing of the sea slug genome will be possible to provide more accurate results.

In futuro la bio-imitazione della fotosintesi potrebbe essere una realtà agricola; diverse specie animali hanno sviluppato strategie atte a sfruttare l'energia del Sole come nutrimento e alcune di esse mostrano adattamenti complessi. La comprensione di questi ultimi, attraverso un approccio interdisciplinare, sarà in grado di risolvere il problema del fotodanneggiamento delle proteine coinvolte nella fotosintesi e del loro rimpiazzamento e riparazione in assenza del genoma vegetale. Elysia chlorotica, una lumaca marina nordamericana, è in grado di utilizzare i cloroplasti che sottrae all'alga di cui si nutre (Vaucheria litorea) per 10 mesi. Le restanti componenti cellulari dell'alga vengono digerite, incluso il nucleo, mentre i cloroplasti rimangono all'interno delle cellule epiteliali, nei diverticoli del sistema digerente della lumaca. Analisi successive, dall'Ottocento a oggi, provano il fatto che avvenga la fotosintesi e che possa sostenere l'animale nei periodi in cui non è presente l'alga; il fenomeno è stato definito cleptoplastia. Studiando il ciclo vitale e la genetica di E. chlorotica, si sono raggiunti risultati divergenti: da un lato, la presenza di geni algali - codificanti per componenti essenziali alla fotosintesi - nel genoma della lumaca ha portato all'ipotesi di un trasferimento orizzontale di geni; per contro, alcuni studi non hanno rilevato geni algali e/o non hanno ritenuto i risultati positivi in grado di giustificare un trasferimento genico orizzontale. Sono state presentate ipotesi alternative, la più recente delle quali considera il modello di riconoscimento e risposta metabolica che avviene fra coralli e zooxantelle, trovando elementi in comune con la cleptoplastia di E. chlorotica. Solamente attraverso il sequenziamento completo del genoma della lumaca sarà possibile fornire risultati più accurati.