Elysia timida, la lumachina del Mediterraneo che ruba i cloroplasti e vive di luce
Nei primi metri d’acqua delle coste rocciose del Mediterraneo vive una lumachina di circa un centimetro che fa una cosa che nessun animale dovrebbe saper fare: la fotosintesi. Non perché abbia imparato a produrre clorofilla, ma perché la ruba. Elysia timida succhia i cloroplasti di un’alga, li sistema nelle proprie cellule e li tiene accesi per settimane, ricavandone zuccheri come farebbe una foglia.
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Il fenomeno ha un nome che sembra uscito da un romanzo giallo: cleptoplastia, dal greco kleptes, ladro. E proprio questa piccola specie mediterranea è diventata uno dei modelli più studiati al mondo per capire come funziona.
Chi è Elysia timida
Elysia timida (Risso, 1818) è un piccolo gasteropode marino senza conchiglia, tipico dei bassi fondali del Mediterraneo, con alcune segnalazioni anche in Atlantico. Gli adulti misurano in genere tra 5 e 10 millimetri. Il corpo è biancastro-verdognolo, punteggiato di piccole macchie rosse, e porta ai lati due lembi di pelle ripiegabili, i parapodi, che come vedremo hanno un ruolo fondamentale.
Vive soprattutto tra 0 e pochi metri di profondità, sulle rocce ben illuminate del piano infralitorale, ed è legata a doppio filo a una sola alga: l’acetabularia (Acetabularia acetabulum), la piccola “ombrellina di mare” che in realtà è un’unica, gigantesca cellula. Alcuni degli esemplari usati negli studi europei sono stati raccolti proprio in Italia, a Fetovaia, sull’isola d’Elba, a uno-due metri di profondità.
Non è un nudibranco: è un sacoglosso
A prima vista Elysia può sembrare uno dei tanti nudibranchi che si incontrano facendo snorkeling, ma appartiene a un gruppo diverso: i sacoglossi. Il nome descrive la loro bocca: la radula, la “lingua” dentata dei gasteropodi, porta un solo dente affilato per fila, e i denti usati vengono conservati in un piccolo sacco. Con quel dente i sacoglossi forano la parete delle cellule algali e ne succhiano il contenuto, come si berrebbe da una cannuccia.
Quasi tutti i sacoglossi sono erbivori specializzati, e molti trattengono per qualche giorno i cloroplasti delle alghe che mangiano. Solo pochissimi, però, riescono a tenerli funzionanti per settimane o mesi. Elysia timida è tra questi.
Come funziona il furto dei cloroplasti
Quando Elysia timida si nutre di acetabularia, digerisce quasi tutto il contenuto della cellula algale tranne i cloroplasti, gli organelli verdi dove avviene la fotosintesi. Questi vengono inglobati nelle cellule della ghiandola digestiva, che nei sacoglossi è ramificata in tutto il corpo, appena sotto la pelle. È per questo che l’animale assume una tinta verdastra: i cloroplasti rubati traspaiono dai tessuti.
Una volta “installati”, i cloroplasti continuano a lavorare. Esperimenti con carbonio radioattivo hanno dimostrato che fissano l’anidride carbonica anche dentro la lumaca, e osservazioni al microscopio hanno trovato granuli di amido, il tipico prodotto della fotosintesi dell’acetabularia, accumularsi nei cloroplasti durante i periodi di digiuno. Quando gli studiosi hanno bloccato chimicamente la fotosintesi, l’amido non si formava più: la prova che viene prodotto lì, dentro l’animale.
Quanto dura il prestito? In natura Elysia timida mantiene i cloroplasti funzionanti per almeno 45 giorni, e in laboratorio, allevata con la sola acetabularia, ha mostrato capacità ancora più lunghe. Solo un pugno di specie al mondo arriva a tanto: la nordamericana Elysia chlorotica sfiora l’anno, mentre il tropicale Plakobranchus ocellatus supera gli undici mesi.
Curiosamente, i piccoli non nascono “solari”. Uno studio sui giovani di Elysia timida ha mostrato che nelle prime due settimane dopo la metamorfosi digeriscono semplicemente i cloroplasti come qualsiasi altro cibo: la capacità di conservarli funzionanti compare solo dopo circa quindici giorni.
Una tenda per regolare la luce
Avere cloroplasti sotto la pelle comporta un problema: troppa luce li danneggia. Elysia timida ha sviluppato un comportamento sorprendente per gestirla. Quando la luce è moderata apre i parapodi come due pannelli solari, esponendo la superficie ricca di cloroplasti; quando il sole diventa troppo intenso li richiude sul dorso, come una tenda, proteggendo i pigmenti dalla distruzione. Gli studi di comportamento hanno anche mostrato che, a differenza di specie simili che trattengono i cloroplasti solo per pochi giorni, tende ad avvicinarsi alla luce invece di evitarla.
Serve davvero, o è solo uno spuntino di riserva?
Per anni i ricercatori si sono divisi. Secondo alcuni i cloroplasti rubati sarebbero poco più di uno “snack” a lenta digestione, una scorta da consumare nei periodi di fame. Secondo altri contribuiscono davvero alla vita dell’animale.
Un esperimento pubblicato nel 2021 sui Proceedings of the Royal Society B dal gruppo di Paulo Cartaxana e Sónia Cruz ha dato un argomento forte alla seconda ipotesi. Usando carbonio e azoto marcati, i ricercatori hanno seguito il percorso dei prodotti della fotosintesi dentro Elysia timida: alla luce, finivano anche negli organi riproduttivi, che di cloroplasti non ne contengono. E quando la fotosintesi veniva limitata, le lumache producevano meno uova. In altre parole, la luce del sole aiuta letteralmente questa specie a riprodursi.
Già alla fine degli anni Ottanta, studi spagnoli avevano misurato che circa il 7-8% del carbonio fissato dai cloroplasti finiva nel muco prodotto dall’animale, quello che le lumache usano per muoversi e proteggersi.
Il mito dei geni rubati
C’è un mistero di fondo in tutta questa storia. Un cloroplasto, da solo, non sopravvive a lungo: buona parte delle proteine che gli servono per funzionare e ripararsi è codificata nel nucleo della cellula algale, che la lumaca ha digerito. Come fanno allora a restare attivi per settimane?
Per anni l’ipotesi più affascinante, raccontata anche su queste pagine a proposito di Elysia chlorotica, è stata quella del trasferimento genico orizzontale: le lumache avrebbero incorporato nel proprio DNA geni dell’alga. Oggi sappiamo che probabilmente non è così. Già nel 2011 uno studio sul trascrittoma proprio di Elysia timida e di Plakobranchus ocellatus non trovò traccia di geni algali attivi legati alla fotosintesi. In seguito anche l’analisi del DNA delle uova di Elysia chlorotica e il genoma completo di Plakobranchus hanno escluso un trasferimento stabile. I sacoglossi, come scrissero gli autori del 2011, non sono geneticamente ciò che mangiano.
I “cleptosomi”: la cassaforte dei cloroplasti
La risposta sta piuttosto nelle cellule della lumaca. Uno studio pubblicato sulla rivista Cell dal gruppo di Nicholas Bellono, a Harvard, ha scoperto nella specie caraibica Elysia crispata che i cloroplasti rubati vengono racchiusi in speciali compartimenti di membrana, battezzati cleptosomi. La stragrande maggioranza delle proteine trovate in queste strutture era prodotta dall’animale, non dall’alga: è la lumaca a mantenere in vita i suoi prigionieri.
I numeri del confronto sono eloquenti. Senza cibo, una lepre di mare (Aplysia), che non trattiene cloroplasti, moriva dopo tre-quattro settimane, mentre Elysia crispata sopravviveva fino a quattro mesi. Dopo circa un mese di digiuno, però, le lumache passavano dal verde all’arancione, come le foglie in autunno: i cleptosomi iniziavano a fondersi con i lisosomi e i cloroplasti venivano digeriti. Una dispensa di emergenza, insomma, che viene svuotata quando serve.
E la ricerca su Elysia timida continua: un lavoro del 2025, ancora in fase di preprint e quindi non ancora sottoposto a revisione, suggerisce che sia l’animale a rifornire i cloroplasti di fosfati, un nutriente indispensabile per la fotosintesi.
Una lumaca che non piace ai pesci
Piccola, lenta e sempre esposta alla luce, Elysia timida sembrerebbe una preda facile. Invece ha anche una difesa chimica: i suoi tessuti contengono composti chiamati polipropionati, che si sono dimostrati repellenti e sgradevoli per la donzella pavonina (Thalassoma pavo), uno dei suoi potenziali predatori. Alcuni di questi composti potrebbero funzionare anche come una sorta di “crema solare” cellulare per i cloroplasti.
Le ricerche condotte in Spagna hanno rivelato un’altra particolarità: le popolazioni della laguna costiera del Mar Menor sono geneticamente distinte da quelle del mare aperto e si riproducono di più, deponendo un numero maggiore di ovature e di embrioni per individuo.
Dove osservarla
Chi fa snorkeling sulle coste rocciose può incontrarla da vicino: basta cercare, nei mesi caldi e a pochi metri di profondità, le praterie di ombrelline di acetabularia sui sassi ben illuminati dei fondali rocciosi. Serve occhio, perché un centimetro di lumaca tra le alghe si confonde facilmente. Se la trovate, osservatela e fotografatela senza toccarla né prelevarla: è un animale minuscolo e delicato, e il suo equilibrio con l’alga è tutto.
La prossima volta che vedete un’ombrellina verde ondeggiare sotto il pelo dell’acqua, ricordatevi che lì accanto potrebbe esserci uno dei pochi animali del pianeta capaci di vivere, almeno in parte, di luce rubata.
Fonti
- Cartaxana P. et al. (2021). Photosynthesis from stolen chloroplasts can support sea slug reproductive fitness. Proceedings of the Royal Society B, 288: 20211779. doi:10.1098/rspb.2021.1779
- Wägele H. et al. (2011). Transcriptomic evidence that longevity of acquired plastids in the photosynthetic slugs Elysia timida and Plakobranchus ocellatus does not entail lateral transfer of algal nuclear genes. Molecular Biology and Evolution, 28(1): 699-706.
- Schmitt V. et al. (2014). Chloroplast incorporation and long-term photosynthetic performance through the life cycle in laboratory cultures of Elysia timida. Frontiers in Zoology, 11: 5.
- Laetz E.M.J. et al. (2016). Starch accumulation in Elysia timida kleptoplasts. Frontiers in Zoology. Link
- Laetz E.M.J., Wägele H. (2017). Chloroplast digestion and the development of functional kleptoplasty in juvenile Elysia timida. PLoS ONE, 12(10): e0182910.
- Marín A., Ros J. (1989). The chloroplast-animal association in four Iberian sacoglossan opisthobranchs. Scientia Marina, 53(2-3): 429-440.
- Elysia timida (Risso, 1818): three decades of research. CORE
- Bhattacharya D. et al. (2013). Genome analysis of Elysia chlorotica egg DNA provides no evidence for horizontal gene transfer into the germ line. Molecular Biology and Evolution.
- Maeda T. et al. (2021). Chloroplast acquisition without the gene transfer in kleptoplastic sea slugs, Plakobranchus ocellatus. eLife, 10: e60176.
- Allard C.A.H. et al. Studio sui cleptosomi in Elysia crispata, Cell. Sintesi: Scientific American
- Provision of phosphates by the host supports kleptoplast functionality in photosynthetic sea slugs (2025), preprint bioRxiv. Link
- Progetto ERC KleptoSlug (n. 949880). CORDIS
