La comunicazione vegetale

Da quasi due decenni la biologia vegetale ha osservato delle facoltà sorprendenti che erano considerate riservate al mondo animale. Infatti, le piante comunicano tra di loro, sviluppano strategie per combattere gli aggressori, avvisano con le loro voci in caso di pericolo e sono attraversate da segnali elettrici misteriosi.

Segnali chimici come mezzo di comunicazione e cooperazione tra piante

Fu negli anni Ottanta che un biologo e un chimico, Jack Schultz e Ian Baldwin, aprirono la strada grazie al loro lavoro pubblicato nella seria rivista scientifica "Science" [Baldwin 1983]. Entrambi gli autori hanno osservato che piantine di pioppo e acero di zucchero con fogliame parzialmente danneggiato aumentavano la loro concentrazione di composti fenolici in 36-52 ore, così come le piante in buono stato che si trovavano nelle vicinanze.

Pertanto, per la prima volta, è stato dimostrato che un segnale aereo proveniente dai tessuti di una pianta danneggiata poteva stimolare i cambiamenti biochimici nei soggetti vicini e influenzare, ad esempio, l'alimentazione e la crescita degli insetti fitofagi.

I lavori del biologo sudafricano Wouter van Hoven negli anni '90 hanno rivelato un sorprendente meccanismo di difesa mutualistica della Acacias (Acacia drepanolobium Harms ex Y. Sjöstedt) della Transvaal Reserve sudafricana, nei confronti di un consumo eccessivo da parte di antilopi kudu. A seguito della morte inspiegabile di più di 2.000 di questi ruminanti, questo ricercatore di Pretoria ha condotto un'indagine scientifica che ha mostrato che la mortalità delle antilopi era dovuta alla presenza di tannini a livelli stranamente elevati rispetto a quelli abitualmente riscontrati associata al consumo elevato di fogliame. Infatti, alcuni tannini ingeriti ad alte dosi possono avere tossicità digestiva acuta nei ruminanti [Robbins, 1987]. L'introduzione di difese chimiche indotte nelle piante (produzione di alcaloidi, di tannini e altri costituenti nocivi per gli animali) è un meccanismo ben noto.

La comprensione completa è arrivata più tardi quando si è osservato che i rami feriti dal passaggio dei ruminanti emettevano un composto organico volatile, l’etilene. L'emissione di questo ha l'effetto di innescare negli alberi di acacia vicini una produzione di tannini anche prima dell'arrivo dei kudu. Così le acacie avvertono le piante vicine del pericolo, e queste ultime agiscono attivando il proprio sistema di difesa [Van Hoven 1985, Van Hoven 1991].

La comunicazione tra le piante può anche avvenire anche in maniera sotterranea. Questo è il caso del pomodoro con il contributo di un fungo radicale con cui forma la micorriza. Durante uno studio, dopo aver piantato le piante di pomodoro due per due, il fogliame di una delle due piante è stato infettato da un fungo patogeno. Si è scoperto che la radice sana vicina comincia a produrre enzimi di difesa normalmente prodotti durante un attacco fungino. D'altra parte, se la rete di funghi delle radici è assente oppure c'è una parete che impedisce di collegare le due piante, le difese del pomodoro sano non vengono mobilitate [Song 2010].

Pertanto, i meccanismi di difesa contro i parassiti o i predatori possono essere implementati in risposta ai segnali emessi da piante vicine attaccate prima che essi stessi siano vittime dell'aggressione. Begli esempi di mutuo aiuto e rapporti di cooperazione tra piante!

Diversi studi dimostrano che molte piante sono in grado di riconoscere se il loro vicino è della stessa specie e, inoltre, se esiste un legame di "parentela" (riconoscimento della parentela). Nel primo studio del suo genere, condotto nel 2007, si è constatato che delle piantine di American searocket (Cakile edentula (Bigelow) Hook) che crescevano accanto a piante derivanti dai semi dello stesso individuo producevano dopo 40 giorni meno radici rispetto alle piante che non derivavano dai semi dello stesso individuo, preferendo così investire la loro energia nello sviluppo del loro sistema riproduttivo [Dudley 2007].

Un ultimo esempio che può essere dato della cooperazione è quello del Pino di Oregon (Pseudotsuga menziesii (Mirb.) Franco). Il team dell’ecologo canadese Suzanne Simard ha avvolto i rami di pino in sacchetti di plastica in presenza di anidride carbonica radioattiva (carbonio-14). Ha scoperto che una parte della radioattività era stata trasferita in molti alberi vicini, ma soprattutto che il più grande trasferimento aveva avuto luogo tra gli alberi più vecchi e voluminosi e quelli giovani che crescevano ai loro piedi, più frequentemente derivati dai loro semi. Questo alimento viene trasportato dai funghi del suolo che collegano le radici all’albero (mycorrhizae).

I vecchi alberi svolgono il ruolo centrale, collegando tutti gli individui e distribuendo sostanze nutritive, soprattutto alle più giovani [Simard, 2012].

Segnali elettrici come mezzo di comunicazione fra le piante 

Nonostante sapessimo che le piante hanno un'attività elettrica, abbiamo da lungo tempo sottovalutato la sua importanza. La squadra guidata da Edward Farmer dell'Università di Losanna si è chiesta "se questi segnali elettrici generati quando colpiamo la pianta possano innescare meccanismi di difesa" perché le proteine di difesa non sono prodotte solo nelle parti attaccate ma anche nelle parti sane della pianta. Grazie al modello della crescina araba (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.), la squadra è stata in grado di identificare i geni che innescano il segnale elettrico e verificare il legame con l'attivazione di proteine di difesa lontano dalla lesione. I risultati, pubblicati nel 2013 nella famosa rivista Nature, mostrano che in questo processo elettrofisiologico sono coinvolti tre geni GLR (glutammato simil recettori) simili a quelli degli animali. [Moussavi 2013].

FARMER spiega che «ciò che sorprende è che questi geni siano molto simili ai geni attivati nelle sinapsi veloci del cervello umano, nonostante la pianta non abbia neuroni. È molto intrigante e stimolante».

Le ipotesi si concentrano sul sistema vascolare della pianta, composto da floema (il tessuto conduttivo della linfa che si sviluppa dalla foglia verso il resto della pianta) e xilema (tessuto conduttore della linfa grezza - acque e sali minerali - dalle radici fino al resto della pianta). Secondo Farmer, «Molti ricercatori pensano che sia uno o l'altro che agisce nella trasmissione elettrica, il mio laboratorio pensa che questi due tipi di cellule lavorino insieme per l'invio del segnale. Ma ancora non sappiamo chi fa che cosa».

Secondo Francis BOUTEAU del laboratorio di elettrofisiologia delle membrane (Sorbonne Paris Cité) "la comunicazione elettrica nelle piante e la circolazione dei messaggi attraverso le onde di depolarizzazione delle membrane sono state evidenziate anni fa. E ora sappiamo che esistono nelle  piante fenomeni di esocitosi e endocitosi, ossia di esplulsione e di assorbimento delle molecole attraverso le membrane, che ricordano molto le sinapsi nervose degli animali. Certamente, le piante non hanno neuroni, sinapsi o organi che possano essere chiamati cervello; parlando di piante, tutto sta andando molto più lentamente ... ma possiamo parlare di neurobiologia vegetale».

Inoltre, la presenza di neuromediatori classici nel regno animale, coinvolti in molte funzioni sia nel sistema nervoso centrale che periferico, serotonina (o "fitoserotonina") [Ramakrishna 2011], dopamina e glutammato, è stata descritta nelle piante. Il loro ruolo è sempre di più conosciuto [Roshchina 2010].

L’Auxina, un ormone vegetale particolarmente importante, è stato addirittura confrontato con un neurotrasmettitore.

Didier GUÉDON, Esperto del comitato francese per la Farmacopea

Bibliografia :

Baldwin IT, Schultz JC. Rapid changes in tree leaf chemistry induced by damage: evidence for communication between plants. Science 1983;221:277-9.
Dudley SA, File AL. Kin recognition in an annual plant. Biol Lett 2007;3:435–8.
Mousavi SA, Chauvin A, Pascaud F, Kellenberger S, Farmer EE. Glutamate receptor-like genes mediate leaf-to-leaf wound signalling. Nature 2013;500(7463):422-6.
Ramakrishna A, Giridhar P, Ravishankar GA. Phytoserotonin, a review. Plant Signal Behav 2011;6:800–9.
Robbins CT. Role of tannins in defending plants against ruminants: reduction in dry matter digestion? Ecology 1987;68:1606-15.
Roshchina VV. Evolutionary considerations of neurotransmitters in microbial, plant, and animal cells. In Microbial endocrinology. Lyte M et al. (Eds), p. 17-52, Springer 2010.
Simard SW, Beiler KJ, Bingham MA, Deslippe JR, Philip LJ, Teste FP. Mycorrhizal networks: mechanisms, ecology and modeling. Fungal Biol Rev 2012;26:39–60.
Song YY, Zeng RS, Xu JF, Li J, Shen X, Yihdego WG. Interplant communication of tomato plants through underground common mycorrhizal networks. PLoS One 2010; 5: e13324.
Van Hoven W. Mortalities in Kudu (Tragelaphus strepsiceros) populations related to chemical defence of trees. Rev Zool Afric 1991;105:141-5.
Van Hoven W. The tree’s secret weapon. South African panorama 1985;30:34-7.