Alberi che respirano

Con l’aumento delle temperature e la crescente frequenza dei periodi di siccità, gli scienziati stanno cercando nuovi modi per aiutare le piante a sopravvivere con meno acqua. Alcuni alberi tropicali potrebbero già contenere parte della risposta.

I ricercatori dell’Università di Vienna hanno scoperto come alcuni alberi del genere Clusia abbiano sviluppato una particolare forma di fotosintesi che permette loro di assorbire anidride carbonica durante la notte, conservando l’umidità durante il giorno.

Pubblicato su Nature Communications, lo studio rivela come milioni di anni di cambiamenti genetici abbiano prodotto diverse strategie di risparmio idrico all’interno di un singolo gruppo di alberi tropicali.

Un mistero della fotosintesi

La maggior parte delle piante assorbe anidride carbonica attraverso piccoli pori chiamati stomi, che normalmente si aprono durante il giorno. Tuttavia, queste aperture permettono anche all’acqua di fuoriuscire attraverso l’evaporazione.

Per le piante che crescono in ambienti aridi, questo crea un difficile equilibrio tra catturare anidride carbonica e conservare l’umidità.

Alcuni alberi tropicali risolvono il problema aprendo gli stomi durante la notte, quando le temperature sono generalmente più basse e l’evaporazione è ridotta.

L’anidride carbonica assorbita viene immagazzinata sotto forma di acido malico e rilasciata internamente durante il giorno per la fotosintesi. Questo processo è conosciuto come metabolismo acido delle crassulacee, o CAM.

Una scoperta con radici profonde

Il comportamento insolito degli alberi di Clusia aveva attirato l’attenzione scientifica già più di due secoli fa. Intorno al 1800, il naturalista Alexander von Humboldt osservò che una foglia di albero tropicale immersa nell’acqua non rilasciava le bolle di ossigeno che si aspettava durante il giorno.

Oggi gli scienziati comprendono che le piante CAM possono mantenere chiusi gli stomi durante il giorno continuando comunque a utilizzare l’anidride carbonica immagazzinata per la fotosintesi.

Tuttavia, il modo preciso in cui questa capacità si è evoluta tra le diverse specie di Clusia rimaneva ancora poco chiaro.

Tre alberi, strategie diverse

Per approfondire la ricerca, gli scienziati hanno confrontato i genomi di tre specie: Clusia rosea, Clusia minor e Clusia major. Hanno inoltre analizzato come gli alberi reagivano ai cambiamenti nella disponibilità d’acqua in condizioni di serra vicine all’ambiente naturale. I risultati hanno mostrato differenze sorprendenti.

Clusia rosea utilizza una forma avanzata di CAM, immagazzinando grandi quantità di anidride carbonica durante la notte. Clusia minor attiva principalmente questo processo quando le condizioni ambientali diventano difficili. Nel frattempo, Clusia major combina il normale assorbimento di anidride carbonica durante il giorno con il sistema CAM, creando una strategia ibrida flessibile.

Queste differenze dimostrano come alberi strettamente imparentati possano sviluppare risposte diverse alla scarsità d’acqua.

Come sono cambiati i geni antichi

I ricercatori hanno scoperto che tutte e tre le specie hanno attraversato antichi eventi di duplicazione del genoma, lasciando ai loro antenati copie aggiuntive del materiale genetico.

Nel corso di milioni di anni, questi genomi ampliati hanno subito una vasta riorganizzazione. Alcuni geni duplicati sono scomparsi, altri sono diventati inattivi, mentre alcuni hanno sviluppato nuove funzioni.

L’autore principale Hannes Kramml ha spiegato che questo rimescolamento evolutivo ha influenzato i geni coinvolti nell’immagazzinamento dell’anidride carbonica durante la notte.

Il professor Wolfram Weckwerth, responsabile della ricerca, ha aggiunto che l’ampia riorganizzazione dei genomi duplicati aiuta a spiegare perché le specie di Clusia abbiano sviluppato strategie fotosintetiche così diverse.

I risultati suggeriscono che il sistema CAM si sia evoluto attraverso molteplici cambiamenti genetici, piuttosto che attraverso un singolo evento evolutivo.

Potrebbe aiutare le colture del futuro?

Le piante CAM possono utilizzare l’acqua in modo più efficiente rispetto alle piante che dipendono completamente dalla fotosintesi tradizionale.

Comprendere i geni e i processi metabolici alla base di questo vantaggio potrebbe aiutare in futuro gli scienziati a sviluppare colture più adatte agli ambienti secchi.

Tuttavia, trasferire questi complessi meccanismi nelle piante agricole richiederà ulteriori ricerche. Lo studio ha analizzato alberi tropicali e non colture geneticamente modificate, quindi le applicazioni pratiche in agricoltura restano una possibilità a lungo termine.

Una lezione dalla natura

I risultati mostrano come la flessibilità evolutiva possa aiutare le piante ad adattarsi ad ambienti difficili.

Comprendendo come gli alberi tropicali conservano l’acqua mantenendo allo stesso tempo la fotosintesi, gli scienziati potrebbero scoprire nuovi metodi per migliorare la resilienza dell’agricoltura.

Mentre il cambiamento climatico aumenta la pressione sulla produzione alimentare globale, questi alberi straordinari offrono preziosi indizi su come le piante riescano a sopravvivere quando l’acqua diventa sempre più scarsa.