Vacuoli contrattili nei microrganismi
Un vacuolo contrattile (CV) è un organello, o struttura subcellulare, che è coinvolto nell’osmoregolazione e nella rimozione dei rifiuti. In precedenza, un CV era conosciuto come vacuolo pulsatile o pulsante. I CV non devono essere confusi con i vacuoli che immagazzinano cibo o acqua. Un CV si trova prevalentemente nei protisti e nelle alghe unicellulari. In ambienti di acqua dolce, la concentrazione di soluti all’interno della cellula è più alta che all’esterno della cellula. In queste condizioni, l’acqua fluisce dall’ambiente nella cellula per osmosi. Così, il CV agisce come un meccanismo di protezione contro l’espansione cellulare (e forse l’esplosione) da troppa acqua; espelle l’acqua in eccesso dalla cellula contraendosi. Tuttavia, non tutte le specie che possiedono un CV sono organismi d’acqua dolce; anche alcuni microrganismi marini e del suolo hanno un CV. Il CV è predominante nelle specie che non hanno una parete cellulare, ma ci sono eccezioni. Attraverso il processo di evoluzione, il CV è stato per lo più eliminato negli organismi multicellulari; tuttavia esiste ancora nello stadio unicellulare di diversi funghi multicellulari e in diversi tipi di cellule nelle spugne, compresi amebociti, pinacociti e choanociti.
Le fasi di raccolta dell’acqua (espansione) ed espulsione dell’acqua (contrazione) del CV sono periodiche. Un ciclo dura diversi secondi, a seconda della specie e dell’osmolarità dell’ambiente. La fase in cui l’acqua fluisce nel CV è chiamata diastole. La contrazione del CV e l’espulsione dell’acqua dalla cellula si chiama sistole. L’acqua fluisce sempre dall’esterno della cellula nel citoplasma e solo allora dal citoplasma nel CV. Le specie che possiedono un CV lo utilizzano sempre, anche in ambienti molto ipertonici (alta concentrazione di soluti), poiché la cellula tende a regolare il suo citoplasma per diventare ancora più iperosmotica (ipertonica) dell’ambiente. La quantità di acqua espulsa dalla cellula e la velocità di contrazione sono legate all’osmolarità dell’ambiente. In ambienti iperosmotici, verrà espulsa meno acqua e il ciclo di contrazione sarà più lungo.
Il numero di CV per cellula varia, a seconda della specie. Le amebe ne hanno uno; Dictyostelium discoideum, Paramecium aurelia e Chlamydomonas reinhardtii ne hanno due; e le amebe giganti, come Chaos carolinensis, ne hanno molti. In alcuni organismi eucarioti unicellulari (per esempio, le amebe), i rifiuti cellulari, come l’ammoniaca e l’acqua in eccesso, sono espulsi per esocitosi quando i vacuoli contrattili si fondono con la membrana cellulare, espellendo i rifiuti nell’ambiente. Nel Paramecium, che, presumibilmente, ha il CV più complesso e più evoluto, il vacuolo è circondato da diversi canali, che assorbono l’acqua per osmosi dal citoplasma. Dopo che i canali si riempiono di acqua, questa viene pompata nel vacuolo. Quando il vacuolo è pieno, espelle l’acqua attraverso un poro nel citoplasma che può essere aperto e chiuso.