Le piante si “parlano” tra loro. Uno studio delle loro interazioni spiega come percepiscono, si adattano e rispondono all’ambiente che le circonda. Intervista al professor Umberto Castiello, dell’Università di Padova
Non hanno un cervello e un sistema neurale ma sono in grado di eseguire movimenti e comportamenti complessi, flessibili che variano a seconda delle caratteristiche del contesto in cui sono immerse.
Soprattutto, hanno un loro linguaggio e interagiscono tra loro e l’ambiente circostante.
E’ il sorprendente risultato al quale sono arrivati gli studiosi del laboratorio Mind the Plant dell’Università di Padova, una realtà, unica nel suo genere, dove i ricercatori studiano le piante come singoli organismi dotati di un apparato sensoriale complesso in grado di fornire tutte le informazioni necessarie per rispondere e adattarsi a un ambiente che si modifica di continuo. Proprio qui, mettendo insieme diverse competenze quali la bioinformatica, la bioingegneria, la chimica analitica, la filosofia, la fisiologia vegetale e la psicologia fisiologica e comparata, si studia il comportamento delle piante. In che senso possiamo dire che le piante “parlano”? Lo abbiamo chiesto al professor Umberto Castiello del Dipartimento di Psicologia Generale dell’Università di Padova e direttore di Mind the Plant Laboratory.
-
Professor Castiello cosa ci dice il comportamento delle piante?
“Negli ultimi anni la psicologia ha iniziato a occuparsi delle piante e ciò ha permesso l’avanzamento di nuovi filoni di ricerca come la “psicologia vegetale”, che ha consentito importanti passi avanti nello studio di questi organismi per molto tempo visti come semplici ornamenti del paesaggio. In realtà sono organismi estremamente complessi. Gli studi più recenti hanno dimostrato che i comportamenti che osserviamo nelle piante sono molto simili a quelli che si osservano negli animali. Le piante non parlano e non sono intelligenti nel senso che solitamente diamo a questi termini, tuttavia sono in grado di percepire gli stimoli, apprendere e memorizzare le informazioni, pianificare un movimento, prendere decisioni, comunicare. Inoltre le nostre ricerche hanno dimostrato che le piante sono in grado di riconoscere l’attitudine sociale espressa da altre piante e agire di conseguenza. Per fare un esempio, studiando la pianta rampicante del pisello abbiamo dimostrato per la prima volta, attraverso sofisticate tecniche di analisi del movimento, che non si muove a caso quando deve aggrapparsi a un supporto, ma è in grado di pianificare una risposta in base alle caratteristiche degli stimoli ambientali e al contesto in cui si sviluppano”.
-
Come comunicano tra loro le piante e cosa si dicono?
“Sono organismi sorprendentemente comunicativi e interagiscono costantemente tra loro e con l’ambiente circostante. Il linguaggio delle piante è prevalentemente chimico e nulla ha da invidiare a quello di alcuni animali e dell’uomo. Per comunicare utilizzano migliaia di molecole chimiche volatili, una forma estremamente sofisticata e una singola “parola” può avere diversi significati a seconda di chi la ascolta, ad esempio una pianta della stessa specie o di una specie diversa o addirittura un insetto, come nel caso degli insetti impollinatori. Le piante comunicano anche utilizzando segnali fisici ed elettrici per scambiarsi informazioni e coordinare le loro attività. Grazie alla capacità di scambiarsi informazioni possono cooperare per la crescita, la difesa e la riproduzione, contribuendo alla stabilità degli ecosistemi. Ad esempio possono utilizzare i segnali chimici per attirare insetti impollinatori o per allarmare le piante vicine per la presenza di predatori. In questo modo possono collaborare per garantire la loro sopravvivenza”.
-
La comunicazione tra le piante può influenzare la biodiversità di un ecosistema?
“Piante diverse possono comunicare in modo diverso e questo può favorire la coesistenza di una vasta gamma di specie all’interno di un ecosistema. A sua volta una maggiore biodiversità può contribuire alla salute dell’ecosistema e alla sua capacità di resistere alle variazioni ambientali. La decodificazione del linguaggio vegetale è necessaria per aiutare a comprendere come le piante possono reagire ai cambiamenti climatici. Il rischio è che i cambiamenti climatici che stiamo sperimentando possano deteriorare tale mezzo di comunicazione e destabilizzare così l’intero ecosistema. Alcuni segnali potrebbero essere amplificati, altri smorzati o addirittura resi impercettibili. In assenza di tale comunicazione le piante potrebbero non essere in grado di rilevare segnali di allarme e diventare più vulnerabili agli insetti o esserne sopraffatte. Al contrario, se l’emissione di questi segnali divenisse più efficiente, certe popolazioni di piante potrebbero essere in grado di difendersi molto meglio dagli insetti che, scoraggiati, potrebbero mettersi alla ricerca di nuove fonti di sostentamento distruggendo altre specie di piante e cambiando l’equilibrio dell’intero ecosistema. Per questo l’ambizione è quella di trovare la chiave che permetta di decodificare il loro linguaggio”.
-
Professor Castiello, quali piante “parlano” di più?
“Tutte le piante “parlano”, ciò che varia però è l’efficienza di questa comunicazione. E’ stata misurata guardando la rapidità della risposta di difesa messa in atto dalle piante quando “origliavano” un segnale di allarme per l’attacco di un patogeno da parte di una pianta vicina. Più veloce era la risposta delle piante che recepivano il messaggio, migliore era stata l’efficienza della comunicazione. Possiamo dire che le piante appartenenti alla stessa famiglia comunicano in modo più efficiente e più rapidamente rispetto a piante di famiglie diverse. Un’efficienza migliore è stata dimostrata anche in piante cresciute nella medesima area geografica rispetto a quelle cresciute in aree geografiche diverse. Il linguaggio dunque sebbene possa apparire universale, fatto delle medesime “parole” chimiche, in realtà presenta delle variazioni nel modo in cui queste molecole vengono combinate tra loro che incidono sull’efficienza e la comprensione dei messaggi. Modalità simili di combinazione e creazione di queste “parole” chimiche, aiutano nell’efficienza di propagazione e ricezione del messaggio. Questa differenza che caratterizza il linguaggio chimico delle varie specie e delle diverse popolazioni geografiche di piante, crea delle vere e proprie variazioni linguistiche che potremmo definire dei veri e propri dialetti”.
-
Come si svolge lo studio delle piante nel laboratorio di Padova?
“Attualmente in Mind the Plant lavorano dieci giovani ricercatori e ricercatrici con strumentazione altamente multidisciplinare. Abbiamo la presenza di un fitotrone, ovvero una camera climatica completamente automatizzata in cui sono collocate 8 camere di crescita dove si coltiva in ambiente controllato piante rampicanti di pisello, il nostro modello sperimentale. C’è inoltre la strumentazione ad hoc per lo studio della cinematica con telecamere capaci di acquisire immagini anche in assenza di luce, grazie alla tecnologia ad infrarosso per l’analisi tridimensionale del movimento; strumentazione elettrofisiologica come elettrodi e un sistema di rilevamento per l’acquisizione di potenziali elettrici per studiare l’elettrofisiologia delle piante da stelo e foglie. Non manca per l’analisi delle molecole organiche volatili emesse dalle piante uno spettrometro di massa a tempo di volo d’avanguardia che permette il monitoraggio in tempo reale di composti organici volatili, anche a basse concentrazioni. Gli obiettivi futuri del laboratorio guardano a lavorare per l’applicazione pratica degli studi. Partendo dai nostri risultati di cinematica e di metabolomica potremmo infatti apportare numerosi passi avanti nell’implementazione di tecnologie, dalla robotica alla biosensoristica per la salvaguardia e il monitoraggio ambientale. Sebbene non siano ancora del tutto chiariti i meccanismi con i quali le piante comunichino l’insorgere di stress ambientali, dalla siccità ai patogeni, vi sono numerosi studi che hanno descritto i profili metabolici di composti organici emessi da piante stressate. I dati sulla comunicazione vegetale potranno invece rivestire un ruolo importante per il biomonitoraggio di particolari colture.
Silvia Bolognini
