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Crostacei decapodi

© Andrew SimpsonI decapodi appartengono all'ordine dei crostacei invertebrati che comprende gamberi di fiume, granchi, aragoste, gamberetti e gamberi. Essi sono modelli utili e adatti a molte aree della ricerca biologica, sono altresì importanti in molte economie, in cui sono giudicati crostacei di alto valore commestibile.

I decapodi e l'economia
In cosa differiscono i decapodi dai mammiferi?
Il sistema nervoso dei decapodi
I decapodi sentono il dolore?
La ricerca biomedica
Neurologia
Biochimica
Tutela e ambiente
Bibliografia

I decapodi e l'economia

La produzione mondiale di crostacei ammonta a ben oltre i 300 miliardi di dollari americani all'anno e l'allevamento di crostacei costituisce il settore dell'acquacoltura che cresce più rapidamente in tutto il mondo. I crostacei decapodi costituiscono circa un terzo dell'intera produzione. La produzione di aragoste da sola registra un valore pari a £30 milioni di sterline all'anno, con granchi e gamberi di acqua fredda che rappresentano altre specie importanti.

Uno dei problemi maggiori che l'industria dell'acquacoltura di crostacei si trova a dover fronteggiare è il controllo delle malattie infettive. Questo problema è costituito dal fatto che i decapodi, in comune con altri invertebrati, non hanno un sistema immunitario complesso che consente l'uso di vaccini ‘antigene-anticorpo’ convenzionali usati nell'uomo e in altri mammiferi. Al contrario, essi si reggono su risposte di tipo infiammatorio più semplice che non hanno nessuna componente di ‘memoria immunitaria’ che faciliterebbe una protezione prolungata mediante vaccini specifici.

Attualmente non ci sono buone alternative agli esperimenti con animali vivi che permettano di trovare delle soluzioni a questo problema, perchè non esistono linee cellulari ‘standard’ disponibili per un'opera di ‘sostituzione’ in vitro e non esistono ‘modelli’ alternativi idonei non regolamentati ed eticamente accettabili.

In cosa differiscono i decapodi dai mammiferi?

Si dicono invertebrati quegli animali senza colonna vertebrale; questi comprendono molti phyla con corpo vermiforme e quelli con il corpo ricoperto da uno strato indurito. Gran parte degli invertebrati sono protostomi, mentre tutti i vertebrati, compreso l'essere umano, sono deuterostomi. Queste due branche del regno animale vengono definite in base alle differenze che emergono nei primi stadi del loro sviluppo embrionico, ad indicare che essi sono separati fin dall'inizio dell'evoluzione. Presentano una fisiologia fondamentalmente diversa che rende difficile tracciare dei paragoni diretti con il loro sistema nervoso e gli organi sensoriali.

Il loro minuto sistema nervoso si può paragonare a quello dei pesci che, fra la specie dei vertebrati, sono quelli che hanno il cervello più piccolo. Se, come si ritiene, la maggior parte dei vertebrati ha una qualche coscienza, lo stesso non si può dire dei pesci e gli invertebrati.

Gli artropodi rappresentano il phylum più variegato del regno animale, e ne fanno parte gli insetti, i crostacei e i ragni. La proposta di legge per proteggere i crostacei decapodi più complessi, si fonda sul principio che essi possano essere capaci di sentire il dolore e soffrire.

Il sistema nervoso dei decapodi

Granchi e aragoste presentano circa 100.000 neuroni, rispetto ai 100 miliardi presenti nell'essere umano e in altri mammiferi. È un fatto che ciò gli permette di avvertire il pericolo e quindi reagire agli impulsi, ma non esiste evidenza del fatto che loro possano sentire il dolore. I loro nervi sono primitivi e mancano dello strato di mielina che è un ottimo conduttore di segnali (i segnali di dolore nell'essere umano viaggiano esclusivamente attraverso fibre ‘veloci’ ). I nervi dei decapodi dunque conducono il dolore ad una velocità di ca. 1 m/sec. -1, rispetto alla velocità di conduzione del dolore nei mammiferi che è di 100 m/sec.-1.

Esistono chiare prove che indicano come i decapodi non presentano la nostra stessa capacità di provare sensazioni. Il loro esiguo numero di neuroni potrebbe far supporre che essi non siano in grado di sentire e quindi di provare alcuna sensazione. Inoltre, l'organizzazione del loro sistema norvoso è molto diversa da quella dei vertebrati: anzichè avere la colonna vertebrale e il cervello che riceve gli stimoli inviati dal sistema sensoriale, le aragoste presentano un sistema semplice che consiste di diversi gangli appaiati e distinti di cellule nervose che si fondono in un cordone nervoso sul ventre per tutta la lunghezza del corpo. Il più grande di questi gangli controlla le parti della cavità orale. Nei granchi, il cui corpo è corto, i gangli che si trovano lungo il torace si fondono in un'unica massa con i pochi gangli addominali.

I decapodi sentono il dolore?

Questa domanda è spesso oggetto di dibattito da parte dei decisori politici e legislatori che definiscono le normative dell'industria alimentare e della scienza. È importante che gli animali vengano uccisi con metodi umani e non soffrano, ma le differenze tra il sistema nervoso dei decapodi e quello umano complica la questione.

Alcune ricerche recenti hanno messo a fuoco questo dibattito. Per esempio, uno studio dimostra che i granchi rispondono allo stimolo di uno shock elettrico allontanandoseneANCHOR. Tuttavia, le osservazioni compiute negli esseri umani con lesioni del midollo spinale e gli esperiementi sugli animali, ci dicono che non si può dedurre che un vertebrato sia in grado di "sentire" qualcosa solo perchè si osserva che risponde con un movimento allo stimolo.

Gli invertebrati utilizzano degli oppiodi come trasmettitori chimici, e ciò è stato altresì citato come indice della loro capacità di sentire il dolore. Nei mammiferi, gli oppiodi fanno parte del percorso del dolore. Vengono rilasciati in risposta ai segnali di dolore del midollo spinale e viaggiano lungo lo stesso midollo. I trasmettitori degli oppioidi controllano l'influenza delle funzioni cerebrali superiori sul dolore, garantendo che l'intensità del dolore sia proporzionata alla situazione. La morfina, che è un analgesico, agisce sul sistema alleviando il dolore e gli effetti sono invertiti dall'antagonista dell'oppiode, il naloxone.

I granchi rispondono con una dimostrazione di minaccia in risposta agli shock elettriciANCHOR, oppure sbattendo il guscio tra le antenneANCHOR. Entrambi questi esperimenti hanno mostrato che detto comportamento si potrebbe eliminare con la somministrazione di morfina e ripristinato con una iniezione di naloxone. È difficile sapere se ciò implica che lo stimolo è doloroso, ma è probabile che la dimostrazione sia una semplice risposta ad una minaccia percepita nell'ambiente piuttosto che un segno di disagio.

Le sostanze neurochimiche spesso rivestono dei ruoli molto diversi agendo nei vertebrati in modo diverso da come agiscono negli invertebrati, e la loro presenza non implica necessariamente la percezione del dolore, considerando che gli invertebrati mancano di quei centri cerebrali superiori che, nei mammiferi, sono in grado di sopprimere il dolore.

Di fatto gli oppioidi sono diffusi in tutto il regno animale, negli insetti, nei crostacei e nei mammiferi. Gli oppioidi, dunque, hanno governato le risposte agli stimoli sensoriali fin dalle origini dello sviluppo evolutivo, ma tutti gli animali che usano i neurotrasmettitori degli oppioidi non sono necessariamente in grado di sentire il dolore.

Non si dovrebbe perdere di vista il fatto che le piante sono in grado di sentire e rispondere a stimoli innocui come pure a stimoli nocivi. Sono anche in grado di comunicare con i membri della loro stessa specie, come pure con le piante di altre specie, talvolta a distanza di chilometri, tuttavia non possiamo ipotizzare che ciò costituisca una prova della sensibilità o della loro facoltà di sentire.

È una grossa forzatura estrapolare i ‘sentimenti’ umani e attribuirli agli invertebrati quando i due sistemi nervosi sono così diversi e il dolore è così soggettivo. L'uccisione dei granchi e delle aragoste mettendole in acqua bollente ancora vive, come avviene nell'industria alimentare, mostra un esempio di come la nostra comprensione intuitiva del dolore non regga. I nervi di un granchio pescato nel mare del Regno Unito alla temperatura dell'acqua di (8-14°šC) decadono irreversibilmente sopra i 25°šC, che è una temperatura raggiunta molto rapidamente dall'acqua. Questo metodo di uccisione è molto rapido e umano, mentre il congelamento lento, a differenza di quanto molti potrebbero essere portati a pensare, non è preferibile all'ebollizione, perchè di fatto esso protrae il momento della morte.

Una relazione del Comitato norvegese per la Sicurezza scientifica ed alimentare ANCHOR, ha esaminato la sensibilità e il dolore negli invertebrati. Il comitato ha concluso che esiste una scarsa conoscenza circa la facoltà di sentire dei crostacei e che il loro sistema nervoso e quello sensoriale appaiono meno sviluppati rispetto a quello degli insetti. Pur avendo, le aragoste e i granchi, capacità di apprendimento, è improbabile che sentano il dolore.

La ricerca biomedica

I progressi nella conoscenza dipendono dai progressi scientifici e biotecnologici, favoriti dalla ricerca di base su  fisiologia, immunologia, patologia, riproduzione e endocrinologia dei decapodi, e tra le altre, la neurobiologia . È necessario quindi, in misura più o meno larga, che la sperimentazione animale comprenda i processi biologici di base, al fine di sviluppare prodotti veterinari e scoprire nuovi biomedicinali. Seguono degli esempi di importanti scoperte scaturite dallo studio di questi animali.

Neurologia

La prima dimostrazione chiara di sinapsi elettriche, diverse da quelle chimiche, nella trasmissione di impulsi nervosi avvenne nei gamberi di fiume. Il presente lavoro ha dimostrato che le sinapsi non dipendono unicamente dalla trasmissione di impulsi da parte dei neurotrasmettitori ma possono passare la giunzione semplicemente con la carica. Questa scoperta iniziale oggi ha cambiato ed esteso efficacemente la nostra conoscenza della funzione cerebrale nell'uomo. Questo lavoro, che ha segnato un momento importante nel campo della ricerca, ha ancora delle enormi implicazioni nella lotta contro malattie umane gravi, come il morbo di Alzheimer, il morbo di Hodgkin, l'ictus e altri forme di paralisi.

L'esistenza dell'importante neurotrasmettitore GABA è stata anch'essa dimostrata nei gamberi di fiume. L'acido gamma-amminobutirrico (GABA) è il neurotrasmettitore inibitore più importante del sistema nervoso centrale (SNC). Nell'uomo il 60-75% di tutte le sinapsi del CNS rispondono al GABA. È molto meno dominante nei gamberi da fiume, in quanto questi invertebrati sono neurologicamente molto meno complessi, ma durante l'evoluzione il suo ruolo nei mammiferi superiori si è diversificato e fra le altre attività, oggi è noto che nell'uomo il GABA regola l'umore, la memoria e il dolore. È il bersaglio di molti farmaci analgesici o anestetici usati nella medicina clinica. La conoscenza del ruolo chiave di questo composto ha avuto un enorme effetto positivo sul benessere dell'uomo.

I gamberi di fiume sono stati, inoltre, i modelli sperimentali che hanno permesso di scoprire i neuroni che comandano il comportamento. Questi sono neuroni importanti che singolarmente sono in grado di stimolare pattern di comportamento abbastanza complessi. Ciò ha cambiato radicalmente la nostra comprensione del comportamento umano, in relazione alla dipendenza o a determinati tipi di farmaci.

Più recentemente, negli anni '90, un lavoro neurobioloigico sui decapodi ha rivelato che il livello di serotonina (un altro neurotrasmettitore molto importante nell'uomo) varia in funzione del potere o stato sociale. Questa scoperta ha portato ad accettare il concetto secondo il quale non tutti gli individui, persino gli animali superiori, compreso l'uomo, risponderanno in modo identico a determinati farmaci o trattamenti, piuttosto risponderanno a seconda dello stato chimico del loro cervello (umore, sicurezza di sè, condizione sociale e benessere). Questo ha rivoluzionato gli approcci ai trattamenti di determinate patologie, soprattutto negli anziani depressi o nei ragazzi giovani.

Gli studi sugli arti e la rigenerazione neurale nei decapodi (gambero e aragoste) come modelli sperimentali continuano ad esser fonte di informazioni per i processi biologici di base, che hanno rilevanza (e una possibile applicazione biotecnologica) nel campo della guarigione da traumi o ictus, o nell'affrontare stati patologici come il morbo di Alzheimer e altre forme di dememza.

Biochimica

Lavori che segnano una tappa importante negli studi sull'immunità dei decapodi comprendono la scoperta di un riconoscimento complesso e di una cascata di enzimi regolatori nei decapodi che unisce il sistema del complemento di organismi più avanzati e il processo di coagulazione degli organismi più semplici. Questo lavoro è stato il primo a rivelare gli eventi biochimici che costituiscono i percorsi infiammatori negli artropodi. Ha dato il via agli studi sugli insetti che hanno permesso alla genetica di essere impiegata per decifrare percorsi complessi e sistemi di segnalazione nei moscerini della frutta (parenti dei decapodi); questo lavoro costituisce il fondamento su indagano cui le strategie di controllo delle malattie dell'acquacoltura.

Dallo studio dei decapodi sono emerse importanti scoperte anche di nuove famiglie di proteine naturali antimicrobiche inducibili, molte delle quali sono sale-tolleranti e attive contro alcuni importanti patogeni umani e perfino virus. Molti degli antibiotici esistenti vengono disattivati dal sale (es. nel sudore), perciò queste proteine naturali provenienti dagli animali marini hanno un potenziale di impiego come antisettici topici (epidermide).

Recentemente è stato portato a termine l'impianto di determinati geni nei crostacei viventi. Questa tecnica oggi permette di trovare dei modi di migliorare gli aspetti salienti, come resistenza alla malattia, colore, sapore, tasso di crescita e dimensioni del crostaceo decapode allevato in acquacoltura. Potrebbe anche essere usato per impedire che gli animali producano gli allergeni ai quali molti soggetti sono sensibili e la cui vita è messa a rischio dalla presenza di tracce di muscolo di decapode negli alimenti semi-preparati o negli alimenti della ristorazione.

La ricerca ha dimostrato che molti composti venduti a produttori di crostacei come ‘stimolanti del sistema immunitario’ non hanno benefici reali e non interrompono la prosecuzione dell'infezione. Sono uno spreco di denaro e quando impiegati routinariamente inducono sindrome da ‘stanchezza cronica’ o da disfunzione immunitaria che influisce negativamente sul benessere delgli animali.

Tutela e ambiente

Gli esperimenti sugli agenti patogeni condotti sui gamberi di fiume hanno messo in evidenza che alcuni commensali microbici di decapodi esotici, introdotti per scopi relativi all'acquacoltura, diventano ospiti delle specie indigene che non hanno resistenza naturale a questi batteri. Gli effetti sulle popolazioni indigene di gamberi sono devastanti. Ne sia un esempio la quasi estinzione del gambero di fiume del Regno Unito da parte di un patogeno fungino, presente in gamberi di fiume importati, e confluito nei corsi d'acqua britannici negli anni  1980.

La riduzione enorme delle popolazioni di gamberi indigeni si è rivelata deleteria per le acque che prima si mantenevano pulite, grazie all'attività di pastura dei gamberi; in seguito alla loro assenza i corsi d'acqua si sono ostruiti a causa delle alghe fino all' anossia. Ciò ha avuto degli effetti avversi a catena sul il piccolo animale che popola i corsi d'acqua e i fiumi, e gli uccelli di palude, che si nutrono di questi granchi, ne hanno sofferto a loro volta.


References

  1. Elwood, RW and Appel, M, (2009), Pain experience in hermit crabs? Animal Behaviour, doi:10.1016/j.anbehav.2009.01.028
  2. Lozada, M, et al. (1988) Effect of morphine and naloxone on a defensive response of the crab, Physiology and Behavior 43: 317-320
  3. Bergamo P, Maldonado H, Miralto A. (1992) Opiate effect on the threat display in the crab Carcinus mediterraneus. Pharmacology, biochemistry, and behavior.  Jun;42(2):323-6.
  4. Somme, LS (2005) Sentience and pain in invertebates, Report to Norwegian Scientific Committee for Food Safety.

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