Sabbie mobili, digestioni, carenze d’azoto e formiche

Ovvero quando la bistrattata ricerca di base fa il suo dovere e suggerisce nuove applicazioni (oltre a scoprire le meraviglie dell’evoluzione).

Nei motivational speech e nelle riunioni di self-help non manca quasi mai la storia dei due animaletti caduti nel secchio di latte. A volte sono topi o ranocchi, altre volte insetti. L’altro giorno in metropolitana un grosso signore di colore con in testa un basco alla Che Guevara e gli occhiali da sole alla Morpheus ne stava leggendo una versione a me nuova, nella quale le protagoniste erano due cavallette. Le bestiole cadono in un secchio pieno di latte. Una resta passiva, si lamenta ed annega nella sua resa di fronte alle avversità. L’altra invece si dimena indomita al punto da riuscire a trasformare il latte in burro, salvandosi grazie alla forza d’animo, alla caparbia, eccetera.

Passiamo ora dal secchio di latte ad un posto meno piacevole e più gore: un ascidio di Nepenthes. Il genere Nepenthes è uno di quelli volgarmente classificati tra le “piante carnivore“, i vegetali splatter che avendo scelto di vivere in una nicchia evolutiva sgradita a tutte le altre piante o quasi (i terreni poveri d’azoto come torbe, sfagni, o addirittura spazi epifiti) ha messo a punto una batteria di stratagemmi assai ingegnosi per integrare le carenze alimentari. Assumendo ad esempio l’azoto non dal suolo ma dalle proteine degli insetti (e se gli capita anche da piccoli vetebrati poco accorti), che catturano e digeriscono tramite apposite trappole.

Per poter raggiungere il loro scopo, gli adattamenti evolutivi necessari alle Nepenthes sono stati assai numerosi e terribilmente mirati. Senza farla troppo lunga, innanzitutto si è dovuto formare l’ascidio, una foglia profondamente modificata a forma di sacchetto, conformata in maniera tale da soddisfare diverse esigenze oltre a quella fotosintetica. L’insetto, ad esempio, deve essere attratto verso l’ascidio, ragion per cui la trappola è colorata e secerne una sostanza zuccherina in nettarii extrafiorali. Deve entrare facilmente ma non deve riuscire a fuggire, per cui esistono sia barriere fisiche (l’apertura a margine revoluto, talvolta internamente spinificata) sia chimico-fisiche (la parete interna è squamata e spesso ricoperta di cera, che impedisce la presa alle zampe degli insetti) sia chimiche (la base dell’ascidio è piena di un liquido digestivo con doti particolari, come vedremo tra poco. Inoltre, dato che questo genere è tipico di foreste tropicali umide (sud-est asiatico, Borneo e dintorni), è necessario evitare che troppa acqua entri nell’ascidio, diluendo il liquido digestivo e limitandone l’efficacia. Ecco quindi che sopra l’apertura troviamo un opercolo a mò di ombrellino.

Fino a qui, si tratta di informazioni reperibili su qualunque sito di appassionati di carnivore. La parte che ci interessa di più ora è relativa al liquido digestivo, che solo digestivo non è, a quanto emerge leggendo un articolo apparso su PLoS One (Public Library of Science, un editore open access). La pubblicazione, dal titolo A Viscoelastic Deadly Fluid in Carnivorous Pitcher Plants, mostra una serie di dettagli molto interessanti circa il comportamento del liquido digestivo, fatti a partire da specie come Nepenthes rafflesiana, nelle quali il rivestimento interno degli ascidi non è scivoloso. Quello presente nelle trappole digestive è un liquido molto vischioso, che avvolge rapidamente la preda, tanto più rapidamente ed efficacemente quanto più questa si agita in preda al panico nel tentativo di fuggire. Non solo il movimento accelera l’imbibizione e blocca zampe ed ali, ma determina anche variazioni di consistenza nel fluido, che per effetto del minimo calore prodotto e dell’azione meccanica assume una consistenza sempre più collosa e rigida. La sfortunata preda non annega (quasi tutti gli insetti camminano letteralmente sull’acqua grazie al loro esoscheletro idrofobo o nuotano per brevi periodi e facilmente sfuggirebbero se il liquido avesse le medesime proprietà dell’acqua), ma viene letteralmente avvolta e soffocata come in una pozza di sabbie mobili, dando tempo alle sostanze digestive di fare il loro dovere. Nella versione online dell’articolo sono presenti anche alcuni filmati in Quicktime (editoria telematica vs. editoria cartacea, uno a zero) che mostrano la dinamica dell’intrappolamento. Abbastanza agghiacciante, ma la Natura non accetta buonismi.

E l’esergo al titolo del post? L’esistenza di un polimero viscoelastico naturale e biodegradabile ma resistente all’acqua (il liquido mantiene queste proprietà anche se viene diluito del 90% in acqua, altra ottimizzazione evolutiva visto il clima molto piovoso) è terribilmente promettente nella produzione di antiparassitari biologici in grado, as esempio, di bloccare o interferire con la colonizzazione di afidi, bruchi e formiche sulle piante da fiore e da frutto. Oppure ancora per aumentare l’adesione e la permanenza di altri insetticidi nebulizzati. Qualcuno ci lavorerà.

Per gli insetti disgraziatamente finiti negli ascidi di Nepenthes rafflesiana vale dunque un altro adagio più cinico: se finisci nella sabbie mobili non agitarti, affonderesti più in fretta. La lezione a riguardo potrebbero averla imparata alcuni simbionti delle Nepthentes come un ragnetto, Misumenops nepenthicola, che entra negli ascidi e muovendosi al rallentatore, si ciba di prede della pianta o dei loro resti senza restare intrappolato. Pianino pianino, in slow motion, anche il ragnetto si è fatto strada verso la sua nicchia evolutiva.

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A Viscoelastic Deadly Fluid in Carnivorous Pitcher Plants
Laurence Gaume, Yoel Forterre

Background. The carnivorous plants of the genus Nepenthes, widely distributed in the Asian tropics, rely mostly on nutrients derived from arthropods trapped in their pitcher-shaped leaves and digested by their enzymatic fluid. The genus exhibits a great diversity of prey and pitcher forms and its mechanism of trapping has long intrigued scientists. The slippery inner surfaces of the pitchers, which can be waxy or highly wettable, have so far been considered as the key trapping devices. However, the occurrence of species lacking such epidermal specializations but still effective at trapping insects suggests the possible implication of other mechanisms.

Methodology/Principal Findings. Using a combination of insect bioassays, high-speed video and rheological measurements, we show that the digestive fluid of Nepenthes rafflesiana is highly viscoelastic and that this physical property is crucial for the retention of insects in its traps. Trapping efficiency is shown to remain strong even when the fluid is highly diluted by water, as long as the elastic relaxation time of the fluid is higher than the typical time scale of insect movements.

Conclusions/Significance. This finding challenges the common classification of Nepenthes pitchers as simple passive traps and is of great adaptive significance for these tropical plants, which are often submitted to high rainfalls and variations in fluid concentration. The viscoelastic trap constitutes a cryptic but potentially widespread adaptation of Nepenthes species and could be a homologous trait shared through common ancestry with the sundew (Drosera) flypaper plants. Such large production of a highly viscoelastic biopolymer fluid in permanent pools is nevertheless unique in the plant kingdom and suggests novel applications for pest control.

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