Sincretismi erboristici

Nelle ultime settimane su Radio Tre è andata in onda la lettura di “Ventimila leghe sotto i mari“, un’opera che ha rappresentato per me una specie di bildungsroman scientifico.  Ed è sempre grande il sense of wonder che scaturisce nel realizzare quali anticipazioni tecnologiche vi siano state inserite da Verne e nel ritrovarvi piccole perle inattese di zoofarmacognosia, come il racconto della Paradisea autointossicatasi con la noce moscata riportato qui sopra. Il penchant di Verne per le piante aromatiche e le spezie esotiche in genere è stato tale da poter riempire un intero saggio, ho poi scoperto.

Oltre a mangiare, a Verne piaceva un sacco infarcire i suoi romanzi positivisti di anedottica esotica, tratta dai resoconti delle spedizioni naturalistiche e dall’accumularsi di conoscenze tassonomiche e scientifiche che all’epoca accendevano la fantasia dei lettori. Per restare nel seminato vegetale e non sconfinare nel più ricco e noto repertorio ingegneristico, quello della noce moscata è infatti solo un esempio a cui si aggiungono le spezie de “Il giro del mondo in 80 giorni“, le ninfee giganti di “La Jangada – Ottocento leghe sul Rio delle Amazzoni” e persino una precisa descrizione delle tecniche di raccolta e delle più comuni sofisticazioni del tè in “Le tribolazioni di un cinese in Cina“, qui sotto riportata.

Tutta la fame naturalistica, l’ardore tassonomico un pò ingenuo del professor Aronnax ed il suo girovagare per mari a credito sul Nautilus, osando potrebbero addirittura essere letti in parallelo con un altro viaggio di scoperta per mare -stavolta reale- avvenuto nei decenni precedenti e tanto celebrato ora, in occasione del bicentenario darwiniano.

A duecento anni dalla scrittura di “Ventimila leghe” e dell”‘Origine della specie“, la scoperta del nuovo in Natura e la correlazione delle informazioni ha preso vie meno avventurose e romantiche, ma voglio credere che il buon Jules trarrebbe ora spunto altrove per bizzarrie e curiosità naturali da inserire i suoi voyages extraodinaires, per passare dalla “fiction of science alla science of fiction”, come titola un bel saggio in questo libro. Ad esempio, mi piace pensarlo intrigato dalla relazione chimico-ecologica tra piante ed insetti e dagli studi che mostrano quanto intrecciato e complesso sia lo scambio e l’utilizzo di metaboliti secondari tra regno vegetale ed animale.

Prendiamo ad esempio questo articolo molto elegante, apparso su PNAS nel 2006. Ricostruisce come nel bruco della cavolaia minore (Pieris rapae) sia stato rivenuto in quantità sensibili del pinoresinolo, un lignano vegetale che animali ed insetti non sono in grado di sintetizzare ex novo. In particolare, l’articolo spiega che il pinoresinolo viene accumulato dal bruco attraverso la dieta ed utilizzato nel mix di sostanze secrete da peli ghiandolari epidermici con cui la bestiola costituisce una secrezione deterrente per altri insetti, come ad esempio l’aggressiva Formica exsectoides. Una cosa interessante è che il bruco di cavolaia minore non assorbe direttamente il pinoresinolo, ma lo ottiene idrolizzando i polimeri vegetali che lo contengono, secondo una specie di meccanismo pro-drug. Non si tratta di un evento nuovo, anzi è ampiamente documentato per diverse sostanze tossiche (alcaloidi, glicosidi) ma interessante per la tipologia dei metaboliti coinvolti e per la chiarezza dell’articolo. La farfalla monarca (Danaus plexippus), ad esempio, accumula glicosidi cardioattivi mentre banchetta su varie Apocynaceae (Asclepias ssp. soprattutto) ed ha trovato un modo per non subìrne la tossicità, rendendosi così inappetibile a molti predatori (suoi e della pianta, con un doppio vantaggio in termini evolutivi). Letto in termini più spesso ricorrenti in questo blog, esistono bruchi in grado di operare una specie di nutraceutica per lepidotteri, un’integrazione alimentare per larve inermi che devono sfruttare tutto quel che possono per difendersi da potenziali aggressori.

In queste settimane è poi uscito su PNAS un’ulteriore passo avanti sullo strano triangolo pianta-bruco-aggressore che sposta l’asse dell’interpretazione suggerendo che l’uso di metaboliti secondari delle piante da parte dei bruchi non sia da considerarsi solo come un’azione nutrizionale, come un vantaggio derivato dall’alimentazione ma addirittura debba essere considerato in alcuni casi alla stregua di un processo di automedicazione da leggere in chiave evolutiva. Un processo in cui vanno tenuti in conto i cosiddetti trade-offs, che computano anche gli svantaggi fisiologici derivanti dall’assunzione di sostanze tossiche. La scelta della pianta da parte del fitofago, del momento della consumazione parrebbe difatti avvenire in certe specie solo in occasioni precise, ovvero quando la possibile aggressione (una parassitosi nello specifico) è negli stadi iniziali. Le specie coinvolte in questo caso sono Grammia incorrupta nel ruolo della farfalla furba, le larve di alcuni ditteri nello sgradevole ruolo dei parassiti e la classe degli alcaoidi pirrolizidinici (presenti in diverse piante tossiche anche per l’uomo, come i generi Senecio e Symphytum ed alcune Borraginaceae) nel ruolo dei farmaci salvabruco. Nell’articolo di PNAS i bruchi di Grammia, che abitualmente si nutrono di piante contenenti alcaloidi pirrolizidinici, sono stati posti di fronte ad una scelta tra una dieta contenente queste sostanze (parzialmente tossiche anche per loro) ed una che ne era priva, il tutto sia da sani che a seguito di aggressione da parte di larve di ditteri. I bruchi sani hanno scelto di nutrirsi col cibo “non medicato” mentre gli altri hanno preferito gli alcaloidi.

A cosa possono servire conoscenze di questo tipo? Oltre a chiarire relazioni e spiegare per l’ennesima volta che il mondo là fuori è dannatamente complicato ed intrecciato, ci suggeriscono che certe strutture chimiche naturali abbastanza semplici da riprodurre anche a basso costo potrebbero essere utili per produrre deterrenti: è verosimile ad esempio che se il pinoresinolo è un buon deterrente per le formiche che rompono le scatole al bruco della cavolaia minore, allora potrebbe rappresentare un buon punto di partenza per sintetizzare repellenti biodegradabili per formiche da usare, ad esempio, in giardinaggio.  E ci invitano a non limitare la nostra concezione di “cura” come vantaggio evolutivo solo solo per i vertebrati intellettivamente avanzati come gli scimpanzè, come riassunto in questa eccellente e schematica review in pdf sul tema della farmacofagia negli invertebrati. Tutti esempi che sarebbero piaciuti anche a Darwin, e non solo a Verne.

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Self-Medication as Adaptive Plasticity: Increased Ingestion of Plant Toxins by Parasitized Caterpillars
Michael S. Singer, Kevi C. Mace, Elizabeth A. Bernays
PLoS ONE 2009, 4(3): doi:10.1371/journal.pone.0004796

Self-medication is a specific therapeutic behavioral change in response to disease or parasitism. The empirical literature on self-medication has so far focused entirely on identifying cases of self-medication in which particular behaviors are linked to therapeutic outcomes. In this study, we frame self-medication in the broader realm of adaptive plasticity, which provides several testable predictions for verifying self-medication and advancing its conceptual significance. First, self-medication behavior should improve the fitness of animals infected by parasites or pathogens. Second, self-medication behavior in the absence of infection should decrease fitness. Third, infection should induce self-medication behavior. The few rigorous studies of self-medication in non-human animals have not used this theoretical framework and thus have not tested fitness costs of self-medication in the absence of disease or parasitism. Here we use manipulative experiments to test these predictions with the foraging behavior of woolly bear caterpillars (Grammia incorrupta; Lepidoptera: Arctiidae) in response to their lethal endoparasites (tachinid flies). Our experiments show that the ingestion of plant toxins called pyrrolizidine alkaloids improves the survival of parasitized caterpillars by conferring resistance against tachinid flies. Consistent with theoretical prediction, excessive ingestion of these toxins reduces the survival of unparasitized caterpillars. Parasitized caterpillars are more likely than unparasitized caterpillars to specifically ingest large amounts of pyrrolizidine alkaloids. This case challenges the conventional view that self-medication behavior is restricted to animals with advanced cognitive abilities, such as primates, and empowers the science of self-medication by placing it in the domain of adaptive plasticity theory.