Il mondo vivente

Unità quattro. L’evoluzione e la diversità della vita

18. I funghi invadono la terra

18.9. Ruoli ecologici dei funghi

Decompositori

I funghi, insieme ai batteri, sono i principali decompositori nella biosfera. Scompongono i materiali organici e rimettono in circolazione nell’ecosistema le sostanze che erano state bloccate in quelle molecole. I funghi sono praticamente gli unici organismi capaci di scomporre la lignina, uno dei principali costituenti del legno. Rompendo tali sostanze, i funghi rendono il carbonio, l’azoto e il fosforo dei corpi degli organismi morti disponibili per altri organismi.

Nel rompere la materia organica, alcuni funghi attaccano le piante e gli animali vivi come fonte di molecole organiche, mentre altri attaccano quelli morti. I funghi agiscono spesso come organismi che causano malattie sia per gli animali che per le piante. Il fungo Armillaria, mostrato in figura 18.12, sta infettando un popolamento di conifere. Il fungo ha origine nel centro di un’area indicata dai cerchi e cresce verso l’esterno. I funghi sono responsabili di miliardi di dollari di perdite agricole ogni anno.

Figura 18.12. L’organismo più grande del mondo?

Armillaria, un fungo patogeno qui mostrato che affligge tre regioni discrete di foresta di conifere nel Montana, cresce da un centro focale come un singolo clone. La grande macchia in fondo all’immagine è di quasi 8 ettari.

Usi commerciali

Lo stesso metabolismo aggressivo che rende i funghi ecologicamente importanti è stato messo a uso commerciale in molti modi. La fabbricazione del pane e della birra dipende dalle attività biochimiche dei lieviti, funghi unicellulari che producono abbondanti quantità di etanolo e anidride carbonica. Il formaggio e il vino ottengono i loro sapori delicati grazie ai processi metabolici di certi funghi. Vaste industrie dipendono dalla produzione biochimica di sostanze organiche come l’acido citrico da parte di funghi in coltura. Molti antibiotici, compresa la penicillina, sono derivati dai funghi.

Funghi commestibili e velenosi

Molti tipi di funghi ascomiceti e basidiomiceti sono commestibili (figura 18.13a, b). Sono coltivati commercialmente e possono anche essere raccolti in natura. Il basidiomicete Agaricus bisporus cresce in natura ma è anche uno dei funghi più coltivati al mondo. Conosciuto come il “fungo bottone” quando è piccolo, viene anche venduto come il fungo portobello quando è più grande. Altri esempi di funghi commestibili sono il galletto giallo (Cantharellus cibarius), le spugnole (vedi figura 18.7b) e lo shiitake (Lentinula edodes). Bisogna fare molta attenzione quando si scelgono i funghi da consumare, perché molte specie sono velenose a causa delle tossine che contengono. I funghi velenosi (figura 18.13c) causano una serie di sintomi, da lievi reazioni allergiche e digestive, all’allucinazione, al collasso degli organi e alla morte.

Figura 18.13. Funghi commestibili e velenosi.

I funghi commestibili includono (a) i funghi bottoni (Agaricus bisporus) e (b) i finferli gialli (Cantharellus cibarius). I funghi velenosi includono (c) Amanita muscaria.

Associazioni fungine

I funghi sono coinvolti in una varietà di associazioni intime con alghe e piante che svolgono ruoli molto importanti nel mondo biologico. Queste associazioni comportano tipicamente una condivisione di abilità tra un eterotrofo (il fungo) e un fotosintetizzatore (l’alga o la pianta). Il fungo contribuisce con la capacità di assorbire minerali e altri nutrienti in modo molto efficiente dall’ambiente; il fotosintetizzatore contribuisce con la capacità di utilizzare la luce del sole per alimentare la costruzione di molecole organiche. Da solo, il fungo non ha fonti di cibo, il fotosintetizzatore non ha fonti di nutrimento. Insieme, ognuno ha accesso sia al cibo che alle sostanze nutritive, una partnership in cui entrambi i partecipanti ne beneficiano.

Micorrize. Le associazioni tra funghi e radici delle piante sono chiamate micorrize (greco myco, fungo, e rhizos, radici). Le radici di circa l’80% di tutti i tipi di piante sono coinvolte in tali associazioni. Infatti, è stato stimato che i funghi rappresentano fino al 15% del peso totale delle radici delle piante del mondo! La figura 18.14 mostra quanto possa essere estesa questa relazione. Le radici a sinistra sono radici di pini non associate a funghi. Le radici al centro e a destra mostrano le micorrize. Si può vedere come le micorrize aumentano notevolmente la superficie della radice. In una micorriza, i filamenti del fungo agiscono come peli radicali superflui, sporgendo dall’epidermide, o strato cellulare più esterno, delle porzioni terminali della radice. I filamenti fungini aiutano nel trasferimento diretto di fosforo e altri minerali dal suolo alle radici della pianta, mentre la pianta fornisce carbonio organico al fungo simbiotico.

Figura 18.14. Le micorrize sulle radici dei pini.

Da sinistra a destra sono radici di pino non associate a un fungo, micorrize bianche formate da Rhizopogon, e micorrize giallo-marroni formate da Pisolithus.

Le prime piante fossili hanno spesso radici micorriziche, che si pensa abbiano giocato un ruolo importante nell’invasione della terra da parte delle piante. I terreni di quel tempo sarebbero stati completamente privi di materia organica, e le piante micorriziche hanno particolarmente successo in tali terreni sterili. Le piante vascolari più primitive che sopravvivono oggi continuano a dipendere fortemente dalle micorrize.

Licheni Un lichene è un’associazione tra un fungo e un partner fotosintetico. Gli ascomiceti sono i partner fungini in tutte le 15.000 specie diverse di licheni che sono state caratterizzate, tranne 20. La maggior parte del corpo visibile di un lichene consiste nel suo fungo, ma intrecciati tra gli strati di ife all’interno del fungo sono cianobatteri, alghe verdi, o talvolta entrambi. Abbastanza luce penetra negli strati traslucidi delle ife per rendere possibile la fotosintesi. Le ife fungine specializzate avvolgono e a volte penetrano le cellule fotosintetiche, servendo come autostrade per raccogliere e trasferire al corpo del fungo gli zuccheri e altre molecole organiche prodotte dalle cellule fotosintetiche. Il fungo trasmette speciali segnali biochimici che dirigono i cianobatteri o le alghe verdi a produrre sostanze metaboliche che non produrrebbero se crescessero indipendentemente dal fungo. Infatti, il fungo non è in grado di crescere o sopravvivere senza il suo partner fotosintetico. Molti biologi caratterizzano questa particolare relazione simbiotica come una schiavitù piuttosto che una cooperazione, un parassitismo controllato dell’organismo fotosintetico da parte del fungo ospite.

La costruzione durevole del fungo, combinata con le capacità fotosintetiche del suo partner, ha permesso ai licheni di invadere gli habitat più difficili, dalle cime delle montagne alle pareti di roccia aride e spoglie del deserto. La sostanza arancione che cresce sulle rocce in figura 18.15 è un lichene. In aree così dure ed esposte, i licheni sono spesso i primi colonizzatori, abbattendo le rocce e preparando il terreno per l’invasione di altri organismi.

Figura 18.15. Licheni che crescono su una roccia.

I licheni sono estremamente sensibili agli inquinanti dell’atmosfera perché assorbono prontamente le sostanze dissolte nella pioggia e nella rugiada. Questo è il motivo per cui i licheni sono generalmente assenti nelle città e nei dintorni: sono molto sensibili all’anidride solforosa prodotta dal traffico automobilistico e dall’attività industriale. Tali inquinanti distruggono le loro molecole di clorofilla e quindi diminuiscono la fotosintesi e sconvolgono l’equilibrio fisiologico tra il fungo e le alghe o cianobatteri.

Key Learning Outcome 18.9. I funghi sono decompositori chiave e svolgono molti altri importanti ruoli ecologici e commerciali. Le micorrize sono associazioni simbiotiche tra funghi e radici delle piante. I licheni sono associazioni simbiotiche tra un fungo e un partner fotosintetico (un cianobatterio o un’alga).

Inchiesta &Analisi

I chitidi stanno uccidendo le rane?

Come hai appreso in precedenza in questo capitolo, si pensa che i funghi chitidi stiano giocando un ruolo importante in un’ondata mondiale di estinzioni di anfibi, discussa molto più in dettaglio nel capitolo 38 (pagina 799). La nostra consapevolezza del possibile ruolo dei chytrids è iniziata nel Queensland (la parte nord-orientale dell’Australia) nel 1993, quando fu riportata una moria di massa di rane. Tutti i diversi tipi di rane sembravano essere colpiti, e intere popolazioni furono spazzate via. Nelle foreste pluviali del Queensland settentrionale, le popolazioni della rana torrente dal naso appuntito (Taudactylus acutirostris) furono trovate così gravemente colpite da essere in pericolo di estinzione. Colonie in cattività furono create alla James Cook University e agli zoo di Melbourne e Taronga nel tentativo di preservare la specie. Sfortunatamente, la conservazione della specie fallì. Ogni rana nelle colonie morì.

Cosa stava uccidendo le rane? La risposta a questa domanda è arrivata nel 1998, quando i ricercatori hanno esaminato l’epitelio (pelle) delle rane malate al microscopio elettronico a scansione e hanno visto quello che potete vedere nelle fotomicrografie a destra. Normalmente una superficie relativamente liscia, l’epitelio delle rane morenti era ruvido, con corpi sferici che sporgevano dalla superficie.

Queste protrusioni sono zoosporangia, strutture riproduttive asessuate di un fungo chytrid. Uno è mostrato da vicino (riquadro). Ogni zoosporangio è approssimativamente sferico, con uno o più piccoli tubi sporgenti. Milioni di piccole zoospore si sviluppano in ogni zoosporangio. Quando il tappo che blocca la punta di un tubo scompare, le spore vengono scaricate sulla superficie delle cellule cutanee adiacenti, o nell’acqua, dove i loro flagelli permettono loro di nuotare fino a quando non incontrano un altro ospite. Quando una delle zoospore entra in contatto con la pelle di un’altra rana, si attacca e forma un nuovo zoosporangio nello strato sottosuperficiale della pelle, rinnovando il ciclo di infezione.

Lo studio dei chyrid infettanti ha rivelato che sono membri della specie Batrachochytrium dendrobatidis. Questo era inaspettato. I chitruri si trovano tipicamente nell’acqua e nel suolo, e anche se ci sono diversi tipi conosciuti per infettare piante e insetti, nessun chitruro era mai stato conosciuto per infettare un vertebrato.

Questi risultati iniziali della micrografia elettronica a scansione sembravano essere un caso abbastanza convincente che i chitruri avessero causato la morte di massa delle rane nel Queensland. Tuttavia, al fine di fornire prove più dirette, sono stati condotti una serie di esperimenti in cui la capacità del fungo chytrid di uccidere le rane è stata direttamente valutata.

In uno di questi esperimenti, tipico di molti, alcune rane del genere Dendrobates sono state esposte ai chytrids e altre no. Dopo tre settimane, tutte le rane sono state esaminate per la pelle rimossa, un segno clinico della malattia che uccide le rane. I risultati sono visti nei grafici a torta qui sopra.

1. Applicazione dei concetti. In questo studio, c’è una variabile dipendente? Se sì, qual è?

2. Interpretare i dati. Qual è l’incidenza della malattia nelle rane non esposte? Nelle rane esposte?

3. Fare inferenze. Esiste un’associazione tra l’esposizione al chytrid B. dendrobatidis e lo sviluppo dell’infezione cutanea che è un segno clinico di malattia mortale nelle rane?

4. Trarre conclusioni. Qual è l’impatto dell’esposizione ai chytrids sulla probabilità di sviluppare la malattia che uccide le rane?

5. Ulteriori analisi

a. Molti tipi di rane e salamandre stanno morendo in tutto il mondo. Questo esperimento suggerisce un modo per determinare quanto sia generale la suscettibilità degli anfibi all’infezione da chytrid?

b. Mentre alcuni decessi di rane si sono verificati in passato, nessuno è stato quasi così grave. Pensi che B. dendrobatidis sia una nuova specie, o pensi che i cambiamenti ambientali come il riscaldamento globale o l’aumento delle radiazioni UV derivanti dalla riduzione dell’ozono possano essere la causa? Discuti.

Testare la tua comprensione

1. La caratteristica più importante degli organismi multicellulari complessi è

a. la comunicazione intercellulare.

b. lo sviluppo cellulare.

c. la specializzazione cellulare.

d. riproduzione cellulare.

2. Quale delle seguenti non è una caratteristica del regno dei funghi?

a. eterotrofi

b. pareti cellulari di cellulosa

c. Mitosi nucleare

d. Sperma non mobile

3. Il corpo principale di un fungo è il

a. ife.

b. setti.

c. funghi.

d. micelio.

4. I funghi si riproducono

a. sia sessualmente che asessualmente.

b. solo sessualmente.

c. solo asessualmente.

d. per frammentazione.

5. Le spugnole e i tartufi appartengono al phylum dei funghi

a. Zygomycota.

b. Ascomycota.

c. Basidiomycota.

d. Chytridiomycota.

6. Gli zigomiceti sono diversi dagli altri funghi perché non producono

a. micelio.

b. corpi fruttiferi.

c. un eterocario.

d. uno sporangio.

7. Gli ascomiceti formano spore riproduttive in

a. un sacco speciale chiamato ascus.

b. branchie sul basidiocarpo.

c. sporangiofori.

d. il micelio.

8. La meiosi nei basidiomiceti avviene nelle

a. ife.

b. basidi.

c. micelio.

d. basidiocarpo.

9. I licheni sono associazioni mutualistiche tra

a. piante e funghi.

b. alghe e funghi.

c. termiti e funghi.

d. corallo e funghi.

10. Le micorrize aiutano le piante a ottenere

a. acqua.

b. ossigeno.

c. anidride carbonica.

d. minerali.