Il colore del sangue – non solo rosso

Per studiare il colore del sangue, dobbiamo prima capire cosa sia il sangue.

Il sangue è un tessuto, ossia un insieme di cellule che si associano per la loro funzione, che assolve numerose funzioni essenziali negli esseri viventi dotati di sistema circolatorio.

Il sistema circolatorio degli esseri viventi si presenta in svariate forme e fattezze. Può essere aperto (per gli artropodi e la maggior parte dei molluschi) o chiuso (per cefalopodi, anellidi e vertebrati). Questo vuol dire che, a seconda della tipologia, il sangue scorre nel corpo parzialmente o completamente confinato in vasi, compartimenti e in uno o più cuori.

Nel caso degli esseri umani, come ben sappiamo, un complesso sistema di vene e arterie percorre tutto il corpo, assicurando la distribuzione di ossigeno e nutrienti, mentre un cuore variamente compartimentato provvede al pompaggio del sangue.

Che è rosso.

Ma perché il colore del sangue è rosso?

Facciamo un passo indietro.

Sistema circolatorio? Banale

Non tutti gli esseri viventi posseggono un sistema circolatorio. Cnidari, echinodermi, spugne e nematodi (ossia meduse, stelle marine, ricci di mare, vermi piatti etc.) non posseggono alcun tipo di sistema circolatorio, sia ossigeno che sostanze nutritive si diffondono nel corpo senza bisogno di nessun elemento tramite.

il colore del sangue
Una medusa, chiaramente gelosa del sistema circolatorio del pesce antistante. Fonte

Questa “mancanza” di un sistema intermedio di scambio di nutrienti e ossigeno forza queste creature a una vita acquatica e relativamente passiva. Un apparato circolatorio diventa indispensabile, infatti, se il rapporto fra la superficie totale dell’organismo e il suo volume è basso (volume maggiore della superficie). In queste condizioni, le cellule dell’organismo non hanno più la possibilità di scambiare nutrienti e ossigeno direttamente con l’esterno in maniera efficiente. Non è quindi un caso che, nelle creature terrestri e generalmente più attive, si inizi a osservare la presenza di un sistema circolatorio più definito.

Nessuno, infatti, ha mai visto una medusa rincorrere una preda o ballare sulle note di “All the single ladies”.

Rosso come il sangue

Il sangue degli esseri umani, come quello di (quasi) tutti i vertebrati, è rosso, a causa dell’emoglobina e della mioglobina. L’emoglobina è una proteina, contenuta nei globuli rossi, che opera il trasporto dell’ossigeno nel sangue. La mioglobina, presente nei muscoli, funge come una sorta di “serbatoio” per l’ossigeno. Le molecole di ossigeno vengono legate in maniera reversibile dall’emoglobina e dalla mioglobina, questo attraverso ioni ferro, che sono a loro volta inclusi all’interno di una macromolecola complessa, appartenente alla classe delle “protoporfirine”.

il colore del sangue
Il gruppo eme, presente in emoglobina e mioglobina, nella sua forma deossigenata. Fonte

Questo complesso di ferro, detto “gruppo eme”, dà al sangue il tipico colore rosso.

Fun fact: non tutti i vertebrati hanno una distinta coppia emoglobina-mioglobina per trasporto e stoccaggio di ossigeno nel corpo. È generalmente riconosciuto che questa “specializzazione” sia avvenuta nel taxon dei vertebrati dotati di mandibola (infraphylum Gnathostomata), a seguito della divergenza del pesci privi di mandibola (come le lamprede, sottoclasse Agnatha).

lampetra fluviatilis
Una lampreda (Lampetra fluviatilis) abbastanza stupita dal fatto di essere citata in un articolo riguardo il colore del sangue. Fonte

Come abbiamo detto, per i vertebrati, in generale, il colore del sangue è rosso. Ma è l’unica alternativa?

Un grottesco arcobaleno

Ebbene, no. In natura il sangue può assumere varie e bizzarre colorazioni.

Nel caso degli insetti, il sangue (o più propriamente “emolinfa”) non contiene emoglobina e assume un colorito giallastro a causa della presenza di altri pigmenti come i carotenoidi, presenti in varie proporzioni. Una sola famiglia di insetti (Chironomidae) possiede un’emolinfa di colore rosso. Questa pigmentazione dell’emolinfa deriva proprio dall’emoglobina, è quindi proprio vero che ogni regola possiede un’eccezione.

il colore del sangue
Un carotenoide, in particolare la molecola di astaxantina (fonte). Questa molecola è responsabile del colore rosso del tonno, dei gamberi e delle aragoste.

Piccola nota a margine, i carotenoidi contenuti nell’emolinfa degli insetti sono strutturalmente molto simili a quelli che si trovano in zucche, pomodori e carote!

Non è finita qui, però! Oltre al sangue giallo, esistono animali a sangue verde!

Nello specifico, gli anellidi (come le sanguisughe) posseggono sangue verde a causa di un pigmento detto “clorocruorina”, che lega l’ossigeno nel loro sangue, al posto del gruppo eme. Inoltre, esistono alcuni rettili che presentano sangue verde per motivi completamente diversi. Nei rettili del genere Prasinohaema (letteralemente “sangue verde”), il sangue si tinge di questo particolare colore a causa di alte concentrazioni del pigmento “biliverdina”, prodotto a partire proprio dal gruppo eme e presente nella bile anche degli esseri umani, che apparentemente darebbe a questi rettili una buona resistenza alla malaria.

clorocruorina
la molecola di clorocruorina. Fonte
biliverdina
la molecola di biliverdina. Fonte

Animali dal sangue blu (letteralmente)

Artropodi e molluschi (come granchi e polpi) non usano l’emoglobina come proteina di trasporto, usano, infatti, una proteina della “emocianina”. L’emocianina lega ioni metallici di rame, invece che ioni ferro, conferendo al sangue di polpi e crostacei un caratteristico colore blu. A differenza dell’emoglobina, che è contenuta in apposite cellule (globuli rossi o “eritrociti”), l’emocianina viaggia libera nel sangue, influenzandone la viscosità, che aumenta, incrementando quindi l’energia che serve per raggiungere un pompaggio efficace in tutto il corpo.

il colore del sangue
Emocianina nella sua forma ossigenata. Fonte
polpo nobile
Un polpo dall’aria davvero nobile. Fonte 

Alcuni invertebrati marini, però, che vivono in ambienti particolarmente poveri di ossigeno, necessitano di una proteina che leghi l’ossigeno in maniera più efficiente dell’emocianina. È per questo motivo che, per alcuni phylum (come ad esempio Brachiopoda, dette anche “conchiglie lanterna”), il sangue non è né blu né rosso, ma di colore violaceo quando ossigenato e incolore quando deossigenato. Questo a causa di una proteina contenente ferro, detta “emeritrina” che, come l’emocianina, viaggia libera nel sangue. L’emeritrina contiene nel suo sito attivo due ioni ferro, a differenza dell’emoglobina che ne contiene uno solo.

il colore del sangue
Emeritrina deossigenata (sulla sinistra) ed emeritrina ossigenata (sulla destra). Fonte

Insomma, ce n’è davvero per tutti i gusti.

Il sangue tossico delle ascidie

Appartenenti alla classe Ascidiacea, le ascidie sono animali marini, sessili (ossia che si ancorano a rocce o ad altri supporti stabili, non pensate sempre male). Sono microfagi filtratori, insomma mangiano tutto ciò che è piccolo abbastanza da essere filtrato dal loro corpo a forma di otre.

Nel 1911, un chimico fisiologo tedesco (Martin Henze) scoprì che all’interno del sangue di una specie di ascidia, appartenente al subordine dei Pheibobranchia, esistevano livelli di vanadio pericolosamente alti. Cosa abbastanza strana.

Per capirci, il vanadio e in particolare i suoi ossidi sono altamente tossici. La presenza di 35 mg per metro cubo di vanadio nell’atmosfera respirata è considerata essere un immediato rischio per la salute.

Ebbene, nel sangue di queste ascidie le concentrazioni sembrano essere almeno 10 volte superiori al limite di sicurezza. Questo grazie ad una proteina detta Emovanadina che, a differenza dell’emoglobina, non serve a trasportare l’ossigeno.

Qual è il ruolo di questa proteina, allora? Sembrerebbe essere un sistema di difesa contro i predatori, ma in realtà non siamo del tutto sicuri. Quello di cui siamo certi è che la presenza di questa proteina renda il sangue di queste ascidie color giallo mostarda.

vanadio nel sangue
Una ascidia (Didemnum molle) ripiena di vanadio, che ci tiene a farti sapere che non ha intenzione di essere mangiata. Fonte

 

 

Conclusioni

Le diverse strategie di trasporto e stoccaggio di ossigeno nel corpo sono una meravigliosa dimostrazione della selezione naturale. I colori delle varie tipologie di sangue o emolinfe non sono altro che un segno delle molteplici strade che i vari esseri viventi percorrono per portare a termine l’obiettivo principe di “non morire”.

Respirazione e circolazione
Struttura dell’emoglobina e del gruppo eme
Il sangue
Lucertole dal sangue verde?
Emocianina
Emovanadina
Ascidie dal sangue tossico
Il colore del sangue

 

Luca Ricciardi

Chimico fisico dei sistemi biologici, laureato a Roma sia in triennale che in magistrale all'università "La Sapienza". Attualmente in Olanda nella ridente cittadina di Enschede per conseguire un PhD, cofinanziato da Royal Dutch Shell, riguardo la produzione di biocarburanti a partire da materiale di scarto agricolo.

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