I segreti della comunicazione silenziosa tra piante
Ricercatori giapponesi riescono finalmente a svelare il meccanismo di percezione e risposta ai VOC emessi da Arabidopsis thaliana in situazioni di stress
Nonostante le apparenze, le piante hanno una vita sociale piuttosto movimentata: è infatti noto dalla fine degli anni 90 del secolo scorso che in foreste e altre comunità vegetali esiste la cosiddetta rete micorrizica, nella quale un fungo “colonizza” gli apparati radicali di due piante, fungendo (perdonate il gioco di parole) da vero e proprio canale di comunicazione.
Ancor prima di questa straordinaria scoperta, e precisamente a partire dal 1983, sono stati documentati anche casi di comunicazione per via aerea tra oltre trenta specie di piante, tramite emissione di composti organici volatili (o VOC, dall’inglese Volatile Organic Compound), gli stessi responsabili per l’odore dei comuni profumi (e non solo: vedi qui).
Finora, però, il meccanismo di percezione e risposta ai VOC era rimasto poco chiaro, finché un gruppo di ricerca giapponese non ha svelato il mistero, e l’ha fatto per di più in maniera spettacolare, consentendo per la prima volta una visualizzazione in tempo reale della comunicazione tra piante.
VOC e ioni di calcio difensivi
Ma facciamo un passo indietro: per quanto ne sappiamo finora, le piante emettono VOC in due casi specifici, che hanno entrambi a che fare con situazioni di stress:
quando subiscono danni meccanici, cioè quelli provocati da utensili o da eventi atmosferici;
quando vengono attaccate da animali che si cibano di esse.
L’emissione di VOC, oltre a proteggere la pianta in vari modi (ad esempio, repellendo gli erbivori o attraendo dei loro predatori), allerta anche le piante vicine del pericolo, consentendo loro di attivare appropriati meccanismi di difesa, tramite ioni di calcio Ca2+ (una molecola di calcio con due cariche positive).
Per scatenare il meccanismo, i ricercatori Yuri Aratani e Takuya Uemura, col supporto del loro professore Masatsugu Toyota e la collaborazione del prof. Kenji Matsui, hanno messo in piedi un innovativo esperimento nel laboratorio di Toyota presso l’Università di Saitama (Giappone).
Un video dei segnali fluorescenti Ca2+ (in corrispondenza delle frecce) di una Arabidopsis esposta a dei VOC rilasciati da una pianta attaccata da un bruco. Crediti: Masatsugu Toyota/Saitama University
La fluorescenza dei volatili a foglia verde
Il gruppo ha costruito uno strumento in grado di pompare i VOC emessi da piante danneggiate o attaccate da un bruco su altre piante di Arabidopsis thaliana intatte, oltre a un sistema di produzione di immagini a fluorescenza a campo largo e in tempo reale.
Grazie a questa originale istallazione, i ricercatori sono riusciti a visualizzare “sbuffi” di fluorescenza (vedi video sopra), prodotti dalle piante usando una proteina luminescente sensibile al Ca2+; di conseguenza, è stato possibile studiare le variazioni nella concentrazione di ioni di calcio osservando corrispondenti variazioni nella fluorescenza.
Successivamente Aratani e Uemura hanno iniziato a investigare precisamente quali VOC inducono i segnali Ca2+ nelle piante, riuscendo ad identificarne due in particolare: Z-3-HAL e E-2-HAL, composti che odorano d’erba e sono noti come volatili a foglia verde (GLV, dall’inglese Green Leaf Volatiles). Esponendo le Arabidopsis ai GLV, il gruppo ha notato un incremento dell’espressione di geni difensivi.
Infine, per capire la relazione tra ioni di calcio e meccanismi di difesa, il gruppo ha trattato le piante con LaCl3, un inibitore del canale Ca2+, ed EGTA, un agente chelante che “intrappola” gli ioni come se fosse, appunto, una chela: tali composti hanno soppresso sia i segnali Ca2+ che l’espressione di geni difensivi, confermando così che i meccanismi di difesa delle Arabidopsis sono scatenati dai GLV e si basano sugli ioni di calcio.
Cellule di guardia in cerca di apprezzamento
A questo punto ci si potrebbe pure ritenere soddisfatti, no? E invece i ricercatori hanno voluto anche scoprire quale tipo di cellule è responsabile dei segnali Ca2+. Allo scopo hanno generato della piante transgeniche in grado di emettere tali segnali solo in un particolare tipo di cellule: di guardia, del mesofillio o dell’epidermide.
Quello di sopra è anche l’ordine di velocità con cui le cellule hanno reagito all’esposizione a Z-3-HAL: quelle di guardia hanno generato segnali dopo circa un minuto, seguite poco dopo da quelle del mesofillio, mentre quelle dell’epidermide si sono mostrate più lente.
Tale risultato ha senso in quanto le cellule di guardia si trovano sulla superficie delle piante e formano lo stoma, piccoli pori che connettono i tessuti interni con l’atmosfera: una sorta di naso vegetale, insomma. A chiusura del cerchio, foglie trattate con acido abscissico, un ormone vegetale in grado di chiudere lo stoma, hanno mostrato un’emissione ridotta di segnali Ca2+.
Insomma, forse è il caso di iniziare ad apprezzare un po’ di più le nostre amiche piante, che la natura ha dotato di notevoli mezzi per prosperare e difendersi dalle avversità, grazie a questa (ora non più) invisibile rete di comunicazione.
Anni fa avevo letto di come alcune piante riuscissero a comunicare con le piante vicine l'arrivo di un incendio. Quelle colte all'improvviso morivano così per come si trovavano, ma riuscivano a segnalare il pericolo (ancora non si sapeva come) a quelle intorno, che di conseguenza cominciavano a girarsi dalla parte opposta all'incendio, anche se erano ancora molto lontane dal fumo (non tutte le piante riescono a girarsi in modo percettibile nell'arco di una decina di minuti, quindi è difficile notarlo con una pianta a caso).
Certo, c'è poco che una pianta può fare per scampare a un incendio (anzi niente), però serviva per capire che qualche modo per comunicare ce l'hanno anche loro.
Spero che prima o poi non si scopra che provano pure dolore quando le si pota o si seccano per la poca acqua. Lascerei i vasi vuoti a quel punto.