IMPARIAMO DALLE RADICI DELLE PIANTE

Piove meno, piove peggio. Fra siccità e inondazioni, il cambiamento climatico richiede nuove forme di coltivazione, capaci di adattarsi alla mancanza di acqua e a ogni evento estremo. 

Sarà necessaria una agricoltura più resiliente, che ha molto da imparare dallo sbalorditivo sistema di regolazione idrica delle piante. Come crescono le radici quando non c’è più acqua, e come ne rilevano la presenza o la mancanza? Gli scienziati stanno scoprendo meccanismi al tempo stesso sofisticati e semplici. Dai quali ricavare lezioni utili per affrontare in campo il clima che cambia.

Le piante hanno colonizzato la grande maggioranza della superficie terrestre. Qual è la chiave del loro successo?

La gente pensa spesso che le piante siano forme di vita semplici e prive di consapevolezza. Vivono, questo è vero, radicate in un unico luogo, ma più le studiano più gli scienziati ne scoprono la complessità e la capacità di interagire. Le piante si adattano magnificamente alle condizioni circostanti, e sono specializzate nel trarre il più possibile da tutto ciò che circonda il punto in cui germinano.

Studiare quanto sia complessa la vita delle piante non soltanto suscita meraviglia, ma serve anche ad assicurarci che in futuro, quando i cambiamenti climatici avranno reso ancora più estremo il meteo, potremmo ancora praticare l’agricoltura.  

Segnali provenienti dall’ambiente determinano la crescita e lo sviluppo delle piante. Molte, ad esempio, usano la lunghezza delle giornate come un comando per avviare la fioritura. Anche le radici, ossia la metà invisibile delle piante, ricavano da ciò che le circonda le informazioni necessarie ad ottimizzare la forma che hanno, per procurarsi acqua e sostanze nutrienti.

Le radici proteggono le piante da stress come la siccità, adattando la propria forma per trovare più acqua: per esempio, diramandosi per aumentare la propria superficie. Fino a poco tempo fa, non capivamo però in che maniera le radici “capiscano” se l’acqua sia disponibile oppure no nel terreno circostante. 

L’acqua è la molecola più importante sulla Terra. Eccesso o carenza possono distruggere un ecosistema. Come abbiamo visto recentemente in Europa e nell’Africa orientale, gli effetti devastanti del cambiamento climatico rendono più frequenti sia la siccità sia le inondazioni. Dal momento che il cambiamento climatico rende più irregolare lo schema delle precipitazioni piovose, capire come le piante rispondono alla carenza di acqua è vitale per rendere le coltivazioni più resilienti.

RADICARSI

Il nostro team, composto da botanici, geologi e matematici, ha recentemente scoperto come le radici adattano la propria forma per massimizzare l’assorbimento idrico. Normalmente, le radici si diramano orizzontalmente, ma interrompono la crescita quando incontrano zone prive di acqua (per esempio in bolle d’aria sotterranee) e la riprendono non appena raggiungono terreno umido. 

Abbiamo scoperto che le piante utilizzano un sistema denominato “idrosegnalazione” per determinare come le radici si diramano, a seconda della disponibilità idrica nel suolo.

Attraverso l’idrosegnalazione le piante rilevano la presenza di acqua, non misurando i livelli di umidità nel suolo bensì monitorando la presenza di altre molecole solubili che proprio l’acqua introduce al loro interno. Ciò è reso possibile dal fatto che le cellule vegetali, a differenza di quelle animali, sono connesse l’una all’altra da piccoli pori

Questo pori permettono all’acqua e alle piccole molecole solubili che contiene (ormoni inclusi) di viaggiare insieme fra le cellule radicali e i tessuti della pianta. Quando viene assorbita dalle radici, l’acqua raggiunge le cellule epidermiche più lontane. 

Le cellule radicali contengono anche auxina, un ormone che stimola la ramificazione

Quando assorbono acqua, le radici si ramificano perché l’auxina penetra fino ai tessuti interni. Se l’acqua non è più disponibile all’esterno nel terreno, per esempio quando la radice crescendo attraversa una bolla d’aria, la punta della radice continua ad avere bisogno di acqua per crescere. In quel caso, le radici adoperano l’acqua che scorre al loro interno: ribaltando così la direzione in cui l’acqua scorre, dall’interno verso l’esterno e non più viceversa, e di conseguenza interrompendo il flusso dell’ormone auxina, preposto a stimolare la ramificazione. 

La pianta produce anche un ormone che inibisce la ramificazione. È l’ABA, trasportato anch’esso dal flusso idrico ma in direzione opposta all’auxina. Quando estraggono acqua dalle venature interne, le radici attraggono anche l’ormone anti-ramificazione.

L’ABA arresta la crescita delle radici chiudendo tutti i piccoli pori che connettono le cellule radicali, un po’ come le porte antincendio su una nave. Le cellule delle radici vengono così isolate l’una dall’altra, impedendo all’auxina di scorrere insieme all’acqua ed interrompendo la ramificazione delle radici. Questo semplice sistema permette alle radici di modulare la loro forma secondo le condizioni idriche. Si chiama xerobranching.

FLOWER POWER

Le nostre ricerche hanno anche dimostrato che le radici di una pianta usano un sistema simile per ridurre la dispersione idrica nei propri getti. Le foglie bloccano la perdita di acqua in caso di siccità chiudendo i micropori presenti sulla loro superficie, chiamati stomata. Anche la chiusura degli stomata è comandata dall’ormone ABA, che nelle radici riduce la dispersione di acqua chiudendo quei micropori (i plasmodesmata) che collegano l’una all’altra le cellule radicali. 

Le radici del pomodoro, del crescione, del mais, del grano e dell’orzo reagiscono all’umidità in questo modo, nonostante queste piante si siano evolute in suoli e climi diversi fra di loro. Per esempio, i pomodori sono originari dal deserto sudamericano, mentre il crescione proviene dalle regioni temperate dell’Asia centrale. È per questo motivo che crediamo che lo xerobranching sia una caratteristica comune a tutte le piante che fioriscono, e che sono comparse circa 200 milioni di anni dopo le piante che non fioriscono, come le felci.

Le radici delle felci, una specie antichissima di pianta terrestre, non rispondono così all’acqua. Le loro radici crescono in maniera più uniforme. Se ne può dedurre che le specie vegetali che fioriscono hanno forme di adattamento allo stress idrico migliori rispetto a quelle di piante precedenti come le felci

Le piante a fiore possono colonizzare ecosistemi e ambienti più diversi fra di loro, rispetto alle specie che non fioriscono. A causa delle veloci mutazioni nella piovosità sull’intero pianeta, la capacità delle piante di rilevare diverse condizioni di umidità e di adattarvisi è più importante che mai.

Malcolm Bennet, professore di Scienze Botaniche presso l’Università di Nottingham.

, post-doc in Scienze Biologiche presso l’Università di Nottingham.

Questo articolo è apparso su The Conversation, che ringraziamo.  

 

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