Sapere Scienza

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Il linguaggio segreto delle piante: come si difende il mondo vegetale

25 Ottobre 2018

Le vediamo con le radici fissate nel terreno, che sia di un vaso o di un'area selvatica. Siamo sicuri che le ritroveremo sempre lì, nello stesso posto: potranno essere cresciute, avere foglie, fiori o frutti a seconda della stagione e, davanti a un pericolo, non potranno fuggire. Un insetto potrà nutrirsi di loro, un fulmine potrà bruciarle, chiunque potrà recidere parti di esse. Sono le piante. Ma siamo proprio sicuri che il mondo vegetale non sia fornito di meccanismi di difesa? Un articolo pubblicato su Science ci racconta una storia diversa.

 

Le piante: stanziali ma non indifese

 

"Sapevamo che esiste questa struttura di segnalazione sistemica per cui se danneggi in un punto una pianta, il resto dell'organismo attiva le sue risposte di difesa ma non conoscevamo cosa ci fosse dietro questo meccanismo" ha affermato Simon Gilroy, professore di botanica della University of Wisconsin–Madison e autore dello studio insieme a Masatsugu Toyota, ora in Giappone, presso la Saitama University. "Però avevamo appreso che se tagli una foglia, avrai una carica elettrica e la sua propagazione che si muove attraverso l'intera pianta" ha aggiunto Gilroy. Cosa innescasse la carica elettrica e cosa le permettesse di muoversi non era ancora chiaro. Il calcio era, però, un candidato papabile: ubiquitario nelle cellule, funziona spesso come segnale di cambiamenti nell'ambiente; inoltre può trasportare una carica ed è in grado di produrre un segnale elettrico. Per studiare a fondo il processo descritto era quindi necessario misurare il calcio ma questo elemento è piuttosto evanescente e passa da concentrazioni altissime a quelle più basse rapidamente. Come era possibile mostrare il comportamento di questo elemento all'interno delle piante in tempo reale?

 

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Sotto una nuova luce: la fluorescenza per mostrare i meccanismi vegetali di difesa

 

Masatsugu Toyota ha sviluppato un modo di mostrare le piante "sotto una luce" diversa. I vegetali producono una proteina in grado di emettere luce per fluorescenza solo con il calcio, permettendo così ai ricercatori di tracciarne la presenza e la concentrazione. Purtroppo è quindi giunto il momento di scatenare i meccanismi di difesa di una pianta modello, la famosa Arabidopsis, attraverso i morsi di bruchi affamati, tagli di forbici e ferite da schiacciamento.
Nei video registrati dai ricercatori si osserva chiaramente che, in risposta a ciascuna lesione, le piante si sono illuminate seguendo il flusso di calcio che, dal punto in cui vi era il danneggiamento, si propagava nel resto dell'organismo per raggiungere anche le foglie più lontane. La velocità del segnale misurato è stata pari a un millimetro per secondo, un impulso abbastanza rapido per raggiungere le altre estremità in un paio di minuti. E pochi minuti sono necessari per innalzare il livello di ormoni di difesa nelle foglie più distanti: molecole che preparano la pianta a combattere minacce future, ad esempio aumentando le quantità di composti chimici nocivi per allontanare i predatori o indurendo le pareti cellulari per rendere difficile un eventuale taglio o la masticazione. Il fitormone in questione è l'acido jasmonico (il suo nome deriva dal gelsomino, da cui è stato estratto per la prima volta), implicato nella difesa contro stress fisici, chimici e biotici.

 

 

Appena un bruco mangia un foglia dell'esemplare di Arabidopsis, un'onda di calcio (rivelata dalla fluorescenza) attraversa la pianta e innesca la risposta difensiva in foglie distanti. Video courtesy of Simon Gilroy

 

Il glutammato come neurotrasmettitore: un punto di incontro tra animali e piante
 

Ricerche precedenti avevano dimostrato che i segnali elettrici legati ai meccanismi di difesa dipendevano dai recettori del glutammato, un aminoacido e il più importante neurotrasmettitore negli animali, comune anche nelle piante. Rimossi i recettori del glutammato da individui vegetali mutati geneticamente, i segnali elettrici in risposta alle minacce scomparivano. Toyota e Gilroy hanno quindi pensato di vedere cosa accadesse al flusso di calcio ferendo degli esemplari con la suddetta mutazione. Ebbene, dove le piante senza mutazioni mostravano una fluorescenza brillante dovuta alle ondate di calcio, i fratelli mutanti rimanevano quasi del tutto al buio. Questo risultato suggerisce che sia il glutammato che fuoriesce dai siti danneggiati a provocare la scarica di calcio che attraversa la pianta.

 

 

Una dose di glutammato viene iniettata direttamente in una foglia, generando un'onda di calcio nell'intera pianta, visualizzabile grazie alla luce fluorescente. Video courtesy of Simon Gilroy

 

Lo studio pubblicato su Science lega decenni di ricerche che hanno rivelato come le piante, percepite come inermi, al contrario rispondano dinamicamente alle minacce, preparando le parti distanti per un futuro attacco. Il glutammato guida il calcio che a sua volta porta alla produzione degli ormoni di difesa e alle alterazioni biochimiche e della crescita. Tutto questo senza un vero e proprio sistema nervoso.

 

Abbiamo parlato della salute delle piante. Per conoscere, invece, quanto il mondo vegetale possa contribuire al nostro benessere acquistate e leggete "Le piante e la cura della salute" di Pinarosa Avato e Gian Pietro Di Sansebastiano, pubblicato nel numero di aprile 2017 di Sapere.

copertina   settembre-ottobre 2018

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