Piante e agricoltori potranno finalmente "parlarsi" (e non è uno scherzo)

Nel prossimo futuro gli agricoltori potranno camminare in campi coltivati dove le piante potranno “comunicare” loro quando hanno sete. O potrebbe accadere il contrario, ovvero che potranno essere gli stessi agricoltori a comunicare alle piante un’imminente siccità in modo che quest’ultime possano cominciare a risparmiare acqua. Un nuovo studio, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences, ha risolto un enigma secolare su come le piante segnalino internamente lo stress. Comprendendo il funzionamento dei sistemi di comunicazione delle piante, il team potrebbe quindi iniziare a sfruttare questi segnali per creare piante in grado di comunicare con le persone e tra loro, e programmate per rispondere a specifici fattori di stress.

Come comunicano le piante

I ricercatori del Center for Research on Programmable Plant Systems della statunitense Cornell University, nello stato di New York, sono riusciti a svelare un mistero vecchio di un secolo su come le piante segnalano internamente lo stress. Questa scoperta offre nuove possibilità per lo sviluppo di piante che non solo “parlano” con le persone, ma rispondono anche a specifici segnali ambientali. La soluzione sta nella pressione negativa che esiste all’interno del sistema vascolare di una pianta, necessaria per trattenere l’acqua all’interno di steli, radici e foglie. Gli stressori, ovvero gli eventi che causano determinati stress, alterano l’equilibrio della pressione all’interno della pianta, che a sua volta innesca un movimento nel fluido vegetale che può trasportare segnali meccanici e chimici, contrastando lo stressore e ripristinando l’equilibrio. Oltre a trasportare sostanze chimiche, i cambiamenti di pressione potrebbero anche aprire canali meccanosensibili in prossimità del sistema vascolare della pianta. Quando questi canali si aprono, rilasciano ioni come il calcio. Un’ondata di calcio, nota come flusso di calcio, potrebbe innescare l’attivazione dei geni difensivi.

Come si è arrivati a questa scoperta

Più di un secolo fa, gli scienziati iniziarono a chiedersi come le piante potessero trasmettere segnali da una parte all’altra della pianta per suscitare una risposta agli agenti di stress. Gli scienziati ipotizzarono che forse le piante usassero ormoni o sostanze chimiche per comunicare, mentre altri suggerirono che usassero segnali meccanici. La dottoressa Vesna Bacheva, ricercatrice post-dottorato presso Cropps, e i suoi colleghi si sono preoccupati di sviluppare un modello predittivo che spiegasse come i segnali meccanici e chimici vengono trasmessi attraverso le piante quando gli agenti stressanti causano variazioni di pressione. Il sistema vascolare delle piante è costituito da un sistema di tubi sotto pressione che esercitano una pressione sui tessuti elastici. Quando una pianta subisce una ferita, ad esempio quando un bruco morde una foglia, si verifica una variazione di pressione che può provocare risposte concatenate a valle. I risultati del team suggeriscono un sistema coordinato in cui forze meccaniche e segnali chimici operano in sinergia. Una scoperta che fornisce agli scienziati nuovi strumenti per riflettere su come potenziare le difese naturali delle piante.

Una rivoluzione per il settore agricolo

La dottoressa Bacheva ha portato avanti il progetto al fianco di Abe Stroock, professore di ingegneria chimica e biomolecolare, e Margaret Frank, professoressa associata di biologia vegetale. Proprio a proposito dell’impostazione del lavoro svolto, il professor Stroock ha dichiarato «Siamo arrivati ??a un punto in cui stiamo studiando contemporaneamente la biologia molecolare, la biofisica, la progettazione ingegneristica e l’integrazione nella realtà agronomica con concetti e tecnologie completamente nuovi». Interessanti, invece, le previsioni sulle applicazioni future di questa scoperta della dottoressa Bacheva: «Stiamo cercando di sviluppare piante reporter che ci dicano cosa stanno vivendo in quel momento. Tra queste ci sono piante a base di pigmenti che cambiano colore o piante fluorescenti che si illuminano quando hanno bisogno di acqua. L’obiettivo finale è una comunicazione bidirezionale, in modo che una pianta reporter non solo possa comunicare di aver bisogno di acqua, ma anche un agricoltore possa informare una pianta che potrebbe rimanere a secco per molti giorni e che dovrebbe usare l’acqua in modo più efficiente».