Di ritenzione idrica, polisaccaridi, mucillagini e semi

Un basilico con ghiaccio, per favore! Niente batteri giganti, niente aureole e niente foto kirlian di semi di kiwi, ma comunque qualcosa di vivo, vegeto e mutevole: gli esserini che galleggiavano nella pinta dell’altro giorno erano, per l’appunto, esserini in attesa di conquistare lo spazio-tempo. In particolare si trattava di acheni di Ocimum canum, Ocimum basilicum o altra non precisata specie di basilico, galleggianti all’interno di una bevanda thailandese venduta come “Sweet basil seed drink” e disponibile da subito, sia in lattina che in forma “fai da te”, nei migliori negozi etnici della vostra città. Meno commerciati per ovvie ragioni distributive, esistono anche due varianti iraniano-afghane aromatizzate con petali di rosa chiamate sharbat o faloodeh, a seconda che siano servite a temperatura ambiente o come sorbetto. Per fugare i dubbi degli itegralisti liguri avviso subito: la bibita thai non ha il gusto di un pesto alla genovese e non si abbina alle trenette, anche perchè le strutture di secrezione che producono l’aroma del basilico si trovano solo sull’epidermide delle parti aeree (foglie, fiori, brattee, raramente sul fusto). Tuttavia, l’achenio di basilico deve la sua particolarità sempre all’epidermide ed è li’ che ci fermeremo sorseggiando la dolce bibita.

Semi che bevono come spugne. Il rivestimento esterno degli acheni di basilico presenta una caratteristica copertura, formata da un sottile strato di mucillagini igroscopiche capaci di assorbire e trattenere una quantità d’acqua molto maggiore al proprio volume (un’alto indice di rigonfiamento, WHC o Water Holding Capacity, per i tecnici). L’alone biancastro che avvolge i semi/frutti facendoli galleggiare nel liquido non è una manifestazione esoterica ma una gelatina composta da fibre altemente idratate, che a contatto con l’acqua producono un sistema viscoso capace di lavorare come una spugna. Non è inusuale trovare mucillagini nei semi di piante adattate a climi asciutti (si pensi al lino, a molte Asteracee, alla piantaggine, allo psillio) e quasi sempre l’originalità sta nella loro collocazione, che non è all’interno del seme ma sul tegumento, il rivestimento esterno. Durante la maturazione del seme le cellule epidermiche dei tegumenti subiscono infatti una trasformazione drastica, mutando gradualmente da un tessuto indifferenziato ad un insieme di grosse cellule con pareti molto sottili, altamente permeabili ed internamente piene di mucillagini. Queste talvolta sono anche estruse all’esterno, nella zona extracellulare.

Acqua impigliata nelle reti. Per “mucillagine” non si intende una classe precisa, bensì una vasta gamma di sostanze composte da polisaccaridi di varia forma e struttura miscelati a proteine, accomunate da una serie di proprietà reologiche e fisiche come la capacità di assorbire acqua e formare gel stabili, divenire idrocolloidali, viscoelastiche. Nel caso del nostro basilico la cuticola gelatinosa è formata da due frazioni di polisaccaridi: una, pari a circa il 40% del totale, composta da un polimero di glucosio e mannosio (glucomannano) in rapporto 10:2 ed una, pari a circa il 30%, formata da xilani ramificati con residui acidi. Il resto è dato da beta-glucani, arabinogalattani (5%), acqua (5%)  e proteine (15%). Tutta la struttura è funzionale all’obiettivo: facilitare l’assorbimento e l’ingresso di acqua nel seme, ma solo a determinate, precise e vantaggiose condizioni. In natura il loro ruolo primario è infatti quello di operare come carta moschicida idrofila, che al primo accenno di umidità  intrappola molecole d’acqua all’interno del reticolo polisaccaridico permettendo così la germinazione del seme, anche in condizioni di scarsa disponibilità idrica. Basta infatti un’umidità anche minima e la spugna mucillaginosa si rigonfia, rendendo sufficiente un poco di rugiada mattutina. Se l’effetto visivo del loro rigonfiamento è quello che più resta impresso, il loro ruolo ecologico è in realtà più sfaccettato e raffinato e permette di ragionare sulla flessibilità con cui la natura ha sviluppato soluzioni plastiche ed adattive ai problemi modulando opportunamente miscele di molecole multifunzionali.

I semi di Mosè. Molte delle piante con tegumenti mucillaginosi sono adattate a climi desertici o semiaridi in cui non manca solo l’acqua, ma latitano anche volonterosi aiutanti che possano dare una mano alle navicelle colonizzatrici, desiderose di conquistare il territorio circostante. Quando però nelle zone semidesertiche piove, piove con forza e per breve tempo e l’energia di un rivolo d’acqua può essere sufficiente per andare a spasso, in cerca di un posticino buono per mettere radici. Esiste una categoria di piante per le quali la dispersione dei semi è definita idrocora proprio perchè sfrutta l’acqua (come ad esempio zoocora ed anemocora sono le dispersioni che impiegano animali e vento, rispettivamente). Quando si descrive questo tipo di disseminazione gli esempi portati evocano immagini di semi galleggianti sui flutti oceanici, come nel caso del cocco (Cocos nucifera) e del fagiolo marino (Entada gigas), mentre nel loro piccolo anche piante più “terrestri” si muovono con escamotages simili, in particolare grazie all’acqua piovana ed ai rivoli che forma. In questi casi ci si esprime in termini di dispersione imbro-idrocora e la tabella qui sotto ne elenca alcune, a mero titolo di esempio.

La funzione igroscopica non si limita però agli habitat aridi ed infatti anche alcune specie tipiche di contesti umidi presentano semi con cuticole mucillaginose. Questo avviene per partire avvantaggiati rispetto ai competitors all’inizio della stagione delle piogge in ambienti ad alta densità abitativa in cui la competizione per risorse (suolo, luce) è spinta al massimo. Dotare i propri semi di un buffer di umidità disponibile in anticipo permette di crescere prima e più in fretta degli altri, facendo ombra agli avversari simpatrici e dotando il nuovo individuo di un apparato radicale già sviluppato al momento delle piogge.

Una capsula, mille usi. Per le specie imbro-idrocore le mucillagini possono quindi svolgere anche un secondo ruolo oltre a dare acqua al seme, quello di creare una sorta di giubbotto autogonfiabile (come quelli disponibili sugli aerei), che permette ai semi di galleggiare e sfruttare i rivoli d’acqua durante le rare ma intense piogge, in cerca di un futuro migliore. Come la culla di Mosè sulle acque del Nilo, inoltre, il rivestimento mucillaginoso igroscopico vanta eccellenti doti viscoleastiche e consente di attutire  eventuali urti durante il trasporto nei corsi d’acqua, attraverso un effetto-airbag. La scelta della fonte di energia ha però una serie di effetti collaterali. Innanzitutto, se a contatto con l’acqua il seme germina, come evitare il rischio che questo avvenga nel bel mezzo di una pozzanghera, di uno stagno, di un fiume o di una pozza d’acqua troppo profonda per permettere alle radici di raggiungere il suolo? Le mucillagini risolvono anche questo problema, in quanto se la “spugna” che formano è completamente inzuppata esse bloccano il passaggio di ossigeno verso l’interno del seme, un fattore che inibisce la germinazione. Inoltre, in presenza di un eccesso d’acqua lo strato superidratato è meno vischioso di quello che ha iniziato ad asciugarsi e difatti i semi iniziano ad essere appiccicosi e ad aderire al suolo o ad altri corpi solo quando l’acqua inizia ad evaporare. Due dei motivi per cui, ad esempio, nella lattina della nostra bibita non c’erano germogli di basilico ed i semi, nonostante la mucillagine vischiosa, non si trovavano incollati tra loro. Altro punto critico: se le mucillagini polisaccaridiche assorbono umidità si rischia la fermentazione da parte di batteri e lieviti fitopatogeni, che con acqua e zuccheri ci sguazzano. Questo potrebbe mandare a monte i piani della pianta. La soluzione è ingegnosa e strettamente collegata alla digestibilità dei polimeri di molecole zuccherine che formano queste sostanze. Se ad esempio si prendono questi semi/frutti e si prova a farli germinare in un ambiente completamente asettico, essi restano dormienti anche se umettati ed analogamente è difficile farli fermentare in acqua, mentre se posti a contatto con un terreno non sterile la germinazione si avvia quasi subito. Questo fenomeno è spiegabile se si pensa al fatto che non tutte le fibre sono uguali nella struttura chimica e nel comportamento ed una delle differenze sta nel diverso grado di fermentiscibilità. O meglio, alla diversa sensibilità con cui si lasciano mettere le mani addosso dai microrganismi, dato che alcune si lasciano smontare solo da certi batteri/lieviti e non da altri, grazie al diverso tipo di ramificazioni con cui i mattoni zuccherini si tengono tra loro nel reticolo. Un esempio immediato, seppur collaterale: la cellulosa è un polisaccaride digeribile dai ruminanti ma non da altri mammiferi, perchè solo la flora batterica dei primi possiede gli enzimi adatti a “smontare” i polimeri cellulosici ed ottenere gli zuccheri che li compongono. Per tornare al caso citato in precedenza, esistono mucillagini refrattarie alla flora batterica delle acque e per contro assai sensibili all’azione della flora batterica terricola, al punto che i semi che le contengono iniziano a germinare solo dopo che i batteri del suolo hanno consumato lo strato di mucillagini che li avvolge, “scartando” il seme come una caramella.

Fermiamoci qui. L’immagine al microscopio qui a lato introduce un’altra funzione delle mucillagini poste sui tegumenti dei semi ed è tratta da questo bel libro sulle piante desertiche. Oltre ad essere viscoelastiche e gelatinose, le mucillagini bagnate sono descrivibili anche con un altro termine: idrocolloidali. Se l’acqua non è troppa (la gomma arabica sul dorso dei francobolli è una miscela di polisaccaridi, che diventa adesiva in presenza di acqua) o meglio se è in evaporazione, le mucillagini letteralmente incollano il seme alle particelle di suolo circostante, sigillando inoltre l’umidità del terriccio che si trova sotto la pancia del seme. Come un francobollo attaccato alla busta, un seme può viaggiare a sbafo e a lungo, se trova un animale a cui aderire. Al tempo stesso un seme incollato al suolo è ben ancorato alla sede che si è scelto e pertanto molto meno appetibile ad un predatore, come potrebbe essere una formica: il costo energetico del suo “scollamento” lo rende una preda meno interessante. Eventuali agenti fisici (vento, pioggia ulteriore) devono essere infine molto intensi per farlo sloggiare dall’angolo di mondo che si è scelto per diventare grande, perchè le fibre mucillaginose lavorano come i picchetti di una tenda canadese.

Transito senza consumo, figlio di un autostop. Tornando alla bibita a base di semi di basilico è però la questione della fermentazione selettiva a toccarci da vicino ed a portare ancora una volta sulla nostra bocca un’esigenza ecologica applicata ai bisogni umani. Sugli scaffali di ogni erboristeria, di ogni reparto dietetico di supermercati e negozi alimentari, le “fibre” occupano un abbondante spazio e la loro richiesta da parte dei consumatori pare non conoscere soste.  Le indicazioni prevalenti di questi integratori alimentari riguardano l’aumento della massa fecale, l’accelerazione del transito intestinale e l’induzione di uno stato di sazietà con un ridotto contributo calorico, tra le altre cose. Ancora una volta l’uso di sostanze vegetali da parte dell’uomo è conseguenza diretta di una serie di soluzioni evolutive precise per le piante che le producono, al punto che a ben vedere non si capisce mai bene chi è l’utilizzato e chi l’utilizzatore. Ad esempio, nell’eventualità (voluta o fortuita, non complichiamoci la vita per una volta) che l’achenio venga ingerito da un animale, cosa succede? La navicella deve essere in grado di essere espulsa con le feci senza danni, perchè il risultato potrebbe essere vantaggioso: trovarsi nel mezzo di una matrice umida e ricca di nutrienti -ancorchè poco nobile- può essere un punto di partenza nient’affatto disprezzabile. Il percorso è tuttavia irto di prove da superare a causa dell’acidità gastrica e delle fermentazioni intestinali. L’igroscopia e la scarsa fermentiscibilità delle mucillagini del tegumento citata in precedenza tornano quindi nuovamente utili, in quanto a contatto con l’acqua presente nel tubo digerente attorno al seme/frutto si viene a formare una guaina protettiva in grado di modulare la resistenza a vari agenti. I polisaccaridi idratati creano innanzitutto un rivestimento gastroresistente e così il sistema viscoso della nostra navicella gelatinosa riesce a passare indenne le forche caudine del mare acido dello stomaco. Giunta nell’intestino la capsula vitale resiste anche all’azione enzimatica del primo tratto, che attraversa rapidamente anche per effatto della lubrificazione offerta dal gel ed infine incontra la flora batterica del colon. Qui possono avvenire due cose. La prima è che -come detto in precedenza- i semi mucillaginosi hanno in molti casi bisogno di essere liberati dal loro rivestimento per opera di batteri terricoli e farsi dare una mano da quelli intestinali può non essere male, se la cosa avviene con misura. La seconda è che, se alla pianta questo aiuto non serve, la capsula non si fa toccare o quasi perchè le fibre che la compongono non sono fermentiscibili. In ambo i casi il tempo di permanenza nell’intestino è un fattore critico ed è cosa buona e giusta (e fonte di salvezza) uscire alla svelta dal tubo digerente.  Ed ecco allora perchè la “capsula gelatinosa” a base di fibre assorbe acqua dalle pareti intestinali, aumenta la massa fecale e induce la muscolatura intestinale a lavorare con più celerità, accelerando il tempo di transito e riducendo ulteriormente il rischio di lesioni ai semi. Questa esigenza della pianta, ovviamente, coincide esattamente con quella di una persona costipata che ha bisogno di aumentare la peristalsi mentre la non digeribilità dei polisaccaridi implica che gli zuccheri che li compongono non divengono disponibili per l’organismo, creando di fatto degli ingredienti a calorie zero (o quasi). Come spesso avviene con gli alimenti vegetali e le ipotesi coevolutive, ddefinire chi è il manipolato e chi è il manipolatore e chi-ha-inventato-cosa è arduo.

Cotone idrofilo, c’è un perchè. La modulazione della ritenzione idrica non è un’esclusiva delle mucillagini ma anche di altri tipi di polisaccaridi, come quelli che formano le fibre che avvolgono i semi del genere Gossypium, fonte del cotone. Siamo abituati a pensare all’azione idrofila dei batuffoli di ovatta come ad un’invenzione umana, ma tanto per cabiare abbiamo solo copiato un adattamento messo a punto da varie piante di climi aridi, che combinano sui loro semi mucillagini e peli. A questi ultimi è deputata un’azione fisica di trattenimento delle goccioline d’acqua per scopi analoghi a quelli sin qui descritti la presenza degli uni o degli altri è stata in alcuni casi correlata al clima. I cultivar più primitivi di cotone Pima, diffusi negli USA, sono ad esempio dotati di uno strato di mucillagine quasi nullo rispetto ai loro discendenti acclimatati a condizioni meno continentali ed il seme viene tenuto imbibito “da lontano” attraverso la fitta peluria che li avvolge, senza un contatto diretto con il tegumento. Se il compito delle mucillagini è quello di trattenere acqua, questo deve avvenire con iudicio: il rischio che arrivi una gelata è più elevato nelle praterie americane e nullo lungo il Nilo ed in quei casi è meglio restare all’asciutto. Sempre meglio evitare il rischio di fare la brutta fine del tubo che avete lasciato pieno d’acqua nella casa di montagna, l’inverno scorso.

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