Piante filosofali, che trasformano le foglie in oro – Parte Seconda

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bdm_02apr_h1Phytomining: piante, a lavorare in miniera! Oro a parte, la capacità vegetale di assorbire e accumulare metalli più o meno preziosi può costituire una risorsa anche nell’estrazione di altri elementi pregiati da suoli non più sfruttabili commercialmente (phytomining) o per ridurre il contenuto di alcuni metalli pesanti in terreni contaminati da attività minerarie o industriali (phytoremediation). Prendiamo ad esempio il residuo delle attività estrattive, accumulato in grandi quantità in prossimità di miniere estinte o ancora attive e spesso contenente residui di metalli di valore, solo troppo poco concentrati per essere estratti con profitto tramite sistemi convenzionali. Se ci fosse della manodopera a basso costo disposta a fare il lavoro sporco, come una pianta abbastanza efficiente nell’accumulare e abbastanza rapida nella crescita, si potrebbe ipotizzare un business. Negli ultimi anni diversi ci hanno provato, estendendo la valutazione dall’oro ad altri metalli preziosi. L’idea è quella di far crescere piante più efficaci dell’eucalipto sul terriccio di riporto di attività estrattive, sfalciare, calcinare la biomassa ed estrarre i metalli dalle ceneri rimaste, creando giardini delle Esperidi meno mitologici e più redditizi. Il gioco, per funzionare, ha bisogno di mettere a uno stesso tavolo economisti, ingegneri e biologi e pare che in alcuni casi e con alcune condizioni precise di contorno possa valere la candela.

Che aResearchBlogging.orglcune specie vegetali siano in grado di accumulare “grosse” quantità di elementi non è una novità, ma un dato di fatto verificato immediatamente dopo la messa a punto di metodi abbastanza sensibili per la misurazione dei metalli. Queste specie sono definite “iperacculumatrici” in quanto capaci di trattenere metalli pesanti fino a circa 100-1000 volte in più rispetto alla norma vegetale. Fino a qualche decennio fa le scoperte in merito venivano rubricate tra le curiosità scientifiche o tra le stranezze naturali e solo successivamente l’attenzione si è spostata nell’ambito ecologico: quasi sempre si tratta di splendidi esempi di adattamenti evolutivi a nicchie ecologiche particolari, come le rocce laviche, i sepentini, i terreni di risulta di operazioni minerarie, i suoli inabitabili per altre piante. Il termine “accumulo”, qui usato per semplificare, nasconde un’infinità di meccanismi e soluzioni biologiche e fitochimiche. Le specie in questione si sono evolute per resistere a grandi quantità di metalli pesanti là dove affondano le radici, addirittura riuscendo ad usarli per altri scopi, e presentano enormi vantaggi competitivi rispetto a quelle “normali”. Proprio indagando su suoli naturalmente inospitali come i residui lavici o le cosiddette rocce ultramafiche come i serpentini si sono scoperte le iperaccumulatrici più interessanti per l’industria estrattiva, a confronto delle quali Eucalyptus marginata fa la figura del minatore principiante. Piante poco note come Thlaspi caerulescens (circa 3 mg di cadmio ogni kg biomassa secca), Haumaniastrum robertii (circa 10 mg/Kg di cobalto), Alyssum bertolonii, Berkheya coddii e Rinorea niccolifera (rispettivamente circa 13, 17 e 18 mg/Kg di nickel), Iberis intermedia (circa 3 mg/Kg di tallio), Atriplex confertifolia (circa 0,1 mg/Kg di uranio), Astragalus pattersoni (circa 6 mg/Kg di selenio), Macadamia neutrophylla (circa 55 mg/Kg di manganese), Viola calaminaria (circa 11 mg/Kg di zinco) e la felce Pteris vittata (circa 22 mg/Kg di arsenico) sono le più abili e quindi variamente candidate come phytominers. Chi ha fatto i conti conclude però che per rendere vantaggiose queste operazioni estrattive devono essere verificate alcune condizioni economiche e di resa che includono: un prezzo del metallo estratto sufficientemente alto, la scelta di una specie vegetale perfettamente adattata al clima, possibilmente perenne per abbassare i costi di semina e capace di produrre molta biomassa per ettaro, nonché l’imprescidibilità del recupero di una parte dei guadagni dall’uso della biomassa di scarto come fonte di energia elettrica. Molte ricerche inoltre si limitano a segnalare la quantità estratta dalla pianta, ma non considerano la moltiplicazione di campo generando così false aspettative. Ad esempio, Alyssum bertolonii e Berkheya coddii possono apparire analoghe per resa, ma la seconda produce ogni anno una biomassa doppia per ettaro, ovvero assicura una resa complessiva due volte maggiore. Per converso, specie con elevato assorbimento in peso ma ridottissima crescita in biomassa di fatto accumulano quantità assolute insufficienti a garantire la sostenibilità economica. Questi pochi vincoli in realtà bastano a ridurre il novero dei minerali estraibili commercialmente con le piante a poche unità: tallio, cobalto, uranio, oro e nickel. A patto però che si costruiscano “campi minerari” estesi, collegati a strutture centralizzate capaci di usare la fase di calcinazione della biomassa anche per la produzione di energia (e ulteriore guadagno), altrimenti i ritorni economici rischiano di non essere sufficienti. Anche per questo motivo l’agricoltura mineraria stenta ad andare oltre all’esercizio di stile. Un vantaggio indubbio rispetto all’agricoltura tradizionale però esiste: il metallo estratto per calcinazione della biomassa non marcisce come un normale frutto della terra e non deve essere venduto subito, ovvero può essere conservato in attesa che il prezzo di mercato sia giusto per massimizzare i guadagni. Anche qui, un freno a chi pensa di poter raccogliere frutti d’oro senza pagare dazio, in quanto in molti casi per raggiungere rese adeguate è necessario trattare il suolo con ammendanti per solubilizzare i metalli e aumentare la captazione radicale, con esiti non sempre ambientalmente innocui specie nel caso dei chelanti (EDTA, cianuri, tiocianati) e dei derivati dello zolfo.

Libera nos a cadmio. I metalli pesanti sono elementi assolutamente naturali, la terra ne è piena da ben prima della comparsa del primo barlume di vita sul pianeta, ma come sappiamo la salubrità non è il loro forte. Lo scoprì Re Mida, lo seppe Sean Connery quando Oddjob uccise per soffocamento dorato una delle Bond girls in Goldfinger, lo sanno bene quanti purtroppo vivono in zone inquinate da scarti industriali. I problemi nascono quando queste sostanze, per cause naturali o per effetto dell’azione umana si concentrano in grandi quantità in uno stesso luogo, sulla superficie: una colata lavica, un deposito di scarti minerari o metallurgici, una discarica mal gestita. Le strategie di bonifica ambientale in questo senso passano in genere attraverso una raccolta del terreno contaminato, seguito da una sua diluizione con altri terreni e in altri luoghi, fino a ripristinare le concentrazioni normali. Anche questo è uno sporco lavoro per il quale le capacità delle piante iperaccumulatrici potrebbero fare il nostro gioco e darci una mano a rimettere insieme cocci rotti spesso proprio da noi. Purtroppo però molte delle specie utilizzabili presentano un limite direttamente legato alla loro evoluzione su terreni ostici: crescono molto lentamente e producono pochissima biomassa, ovvero estraggono quantità molto piccole di metalli pesanti all’anno, se comparate alla presenza di queste sostanze nei terreni contaminati. L’efficienza va quindi posta in prospettiva. Ad esempio, restando su uno dei metalli pesanti più problematici ma anche tra i più efficacemente assorbiti, il nickel, la specie più efficiente è Berkheya coddii. Cresciuta in condizioni ottimali di clima (si tratta di una pianta originaria del Sudafrica), toglie circa 17 g di nickel ogni kg di peso secco e produce 18 t di biomassa per ettaro all’anno. Significa che ogni anno da un ettaro di suolo contaminato possono essere teoricamente eliminati 300 kg di nickel, a fronte, ad esempio, di una presenza compresa tra i 1 e 7 kg per ogni metro cubo di suolo nei terreni di scarto minerario. Considerando che il primo metro di profondità di un ettaro consta di 10000 metri cubi di terra, per bonificare completamente un terreno di questo tipo occorrono molti decenni di coltura continuativa, in condizioni ottimali. Considerazioni analoghe si possono fare per Thlaspi caerulescens, che può togliere contemporaneamente fino a 60 kg/ha di zinco e 8,4 kg/ha di cadmio e, in contesti reali, si è misurato che occorrerebbero decenni con questi valori per ridurre di soli 100 mg/Kg il contenuto di zinco di un terreno contaminato. Se la contaminazione da metalli pesanti è massiccia non è quindi lecito attendersi miracoli ma solo molta pazienza, in contesti che la permettono. Non sempre poi questi terreni ad alto inquinamento consentono alle piante, anche se iperaccumulatrici, di crescere in modo adeguato e il loro apparato radicale è in genere troppo poco profondo per raggiungere gli strati inferiori. Si stima che spesso le quantità estratte non superino l’1% di quanto presente nello strato superficiale (primi 10-20 cm di terreno), con limiti evidenti in termini di completa bonifica. Per contro, la coltivazione di queste piante presenta altri benefit economici come un costo circa 10 volte inferiore al conferimento in discarica e vantaggi ecologici indubbi, come la riduzione della dispersione di micropolveri e il consolidamento dei terreni, così meno esposti all’erosione e quindi al contatto con l’uomo. La possibilità di usare piante per bonificare terreni inquinati da metalli pesanti, quindi, dipende fortemente dal grado di inquinamento e dai tempi ammissibili per l’operazione.

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Fernando, E., Quimado, M., & Doronila, A. (2014). Rinorea niccolifera (Violaceae), a new, nickel-hyperaccumulating species from Luzon Island, Philippines PhytoKeys, 37, 1-13 DOI: 10.3897/phytokeys.37.7136

Rascio, N., & Navari-Izzo, F. (2011). Heavy metal hyperaccumulating plants: How and why do they do it? And what makes them so interesting? Plant Science, 180 (2), 169-181 DOI: 10.1016/j.plantsci.2010.08.016

Anderson, C., Brooks, R., Chiarucci, A., LaCoste, C., Leblanc, M., Robinson, B., Simcock, R., & Stewart, R. (1999). Phytomining for nickel, thallium and gold Journal of Geochemical Exploration, 67 (1-3), 407-415 DOI: 10.1016/S0375-6742(99)00055-2

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L’invasione dei pianticorpi. Ovvero il siero segreto contro Ebola è fatto col tabacco

ResearchBlogging.orgLa signora Maria nell’ombrellone qui a fianco si agita inquieta da quando ha scoperto che in un’imprecisata parte dell’Africa (in geografia la Mariuccia sta ancora a hic sunt leones) è in corso una terribile epidemia, causata dal virus Ebola (pronunciato con due B maiuscole, come al telegiornale), con un sacco di morti e scene orrende. Lo dice così, in corsivo. Del resto la signora Maria è cintura nera di gossip da spiaggia e in piena fregola voyeuristica segue con materna passione il tentativo di salvare due volontari americani contagiati dal virus. Un tentativo eroico da ogni punto di vista, le spiego alzando gli occhi da Tuttosport: in assenza di una cura efficace i due sventurati hanno accettato di sottoporsi a un trattamento mai sperimentato sull’uomo, sebbene promettente in altri modelli animali. O la va o la spacca e speriamo che vada, come con la figlia di Gerhard Domagk e con il ragazzo affetto rabbia di Pasteur.

Pinuccio, il corpulento metronotte figlio della signora, cincischiando col tablet si apre a considerazioni sociologico-geopolitiche che spaziano dai migranti africani alla peste bubbonica, passando per il complottismo di Big Pharma e le cure alternative, ma riesco a sedarne parzialmente le ansie millenaristiche girandogli questi due link via Whatsapp. La madre nel frattempo sancisce senza possibilità di dubbio che è quantomeno strano che sia permessa una cosa del genere in America, mentre qui da noi certe cure alternative vengono addirittura vietate. La stoppo alla terza frase con un tackle scivolato da calcetto sulla sabbia, spiegando che il fantomatico “siero segreto” di cui parla il giornale non è l’edizione a stelle e striscie della cura Vannoni: la sua preparazione è stata spiegata in diverse pubblicazioni scientifiche di alto livello, disponibili per tutti e oggetto di sperimentazioni serie. Insomma, c’è del sugo. L’interdizione mi è venuta fuori un po’ brusca, per cui i due passano alla difensiva, ascoltano e iniziano a fare domande. Dopo i primi cinque minuti di arrembaggio scriteriato i vicini passano quindi al modulo catenaccio e contropiede, nel pieno solco della tradizione italiana dentro e fuori gli stadi. Ma io oltre a leggere Tuttosport ho una sedia col mio nome sullo schienale al Bar Sport e sono pronto a tutto.

Inizio dunque a macinare il mio gioco. Loro, attendisti, lo spezzettano e tentano di ripartire con folate improvvise. Kent Brantly e Nancy Writebol sono in trattamento con una miscela di anticorpi monoclonali ottenuti secondo un metodo classico della virologia: una versione depotenziata (“cioè rincoglionita“, dice la signora Maria) dell’Ebola è stata somministrata ad alcuni primati (“sì, insomma, delle scimmie“) e gli anticorpi da essi prodotti sono stati isolati e testati su animali per vedere se agivano anche contro il virus a piena potenza (“sono quelli che funzionano come voi guardie giurate coi taccheggiatori al supermarket, Pinuccio. Ascolta“). Fino ad ora le prove sono state positive, ma i due volontari americani sono i primi umani a farne uso. “Maddai, e che ste scimmie ne hanno fatta na chilata di questi anticorpi? Ce ne vorrà un botto per curare un cristiano!“, interviene Pinuccio con sicumera. Certo che non ne hanno prodotto abbastanza. Di grazia se dal primo trattamento se ne sono ottenute quantità sufficienti per le prove preliminari, ribatto in fallo laterale. No, gli anticorpi isolati dai primati sono stati poi modificati per renderli più affini all’organismo umano e quindi prodotti con cellule di criceto in colture artificiali, ma siccome la resa è troppo bassa e costano tropp220px-Nicoatiana_benthamiana_planto si usano altri sistemi. “E qua te volevo, professò. Confessa: gli americani hanno un allevamento di scimme infette che mungono per gli anticorpi!” “Figo, poi magari una ne scappa e viene fuori un casino come in quel film che ho visto ieri!“, si eccita un ragazzino su una sdraio a fianco. Mi spiace deludervi, ma niente allevamenti, niente eserciti di primati in cattività, niente camere delle torture. Per produrre il siero stanno usando delle piante geneticamente modificate, in particolare una specie australiana parente prossima del comune tabacco chiamata Nicotiana benthamiana. “Andiamo bene“, interviene il coro greco degli ombrelloni circostanti “dal virus ai mostri ogiemme. Altro che film òror“. Pinuccio chiede un time out tecnico. “Scusa ma non ho capito bene. Com’è sta storia delle piante? Come siamo passati dal virus delle scimmie alle sigarette transgeniche? Fammi rivedere lo schema che mi son perso“.

Produrre anticorpi, ovvero miscele di particolari proteine capaci di riconoscere e neutralizzare precisi intrusi, in genere virus e batteri, è complicato e costoso. Non si riescono a produrre con la sintesi chimica come l’aspirina, sono sostanze troppo complicate. Puoi usare degli animali, ma ci sono dei problemi. C’è ad esempio di rischio di contaminazione a causa di altri patogeni umani e animali (epatite, HIV e BSE, quella della mucca pazza) o di portarsi dietro proteine animali che possono causare danni imprevisti. Puoi usare dei batteri, ma ci sono altri inconvenienti, soprattutto dovuti al diverso sistema con cui questi sintetizzano le proteine. Da qualche anno per questo tipo di farmaci basati su anticorpi e composti proteici si usano invece alcune specie vegetali, che vengono “convinte a tempo” con metodi genetici a produrre esattamente gli stessi anticorpi individuati nell’uomo o negli animali, come nel caso di Ebola. E lo fanno più che bene, dato che il sistema usato per produrre il farmaco sperimentale Zmapp somministrato ai volontari americani può permettere di ottenere fino a 1 g di anticorpi ogni 2 chili di foglie di tabacco, quasi 100 volte di più che con ogni altro mezzo animale o microbico. In più, le piante sono così diverse da noi da non porre pericoli come quelli citati per gli animali, maaaa sono anche abbastanza simili da non presentare le differenze riguardanti i batteri; inoltre la mancanza di proteine analoghe nei vegetali rende più facile ed economico anche il processo di estrazione degli anticorpi. La signora Maria tenta una sortita a centrocampo: “me pare magia che se so’ inventati, tipo il 5-5-5 di coso, Canà. Una roba per fare scena“. E invece non è una novità assoluta tirata fuori dagli americani dall’Area 51, ma l’applicazione di conoscenze ben note e ben sfruttate da molti ricercatori (e industrie) al mondo per produrre vaccini e anticorpi contro epatite, colera, virus influenzali e intestinali umani e animali, anche da usare in veterinaria e persino per fabbricare l’eritropoietina (“Quella dei ciclisti? Lei“). Pure i costi sono più che vantaggiosi rispetto agli altri sistemi, transgenici e non, la metà che in animali transgenici e venti volte meno che in colture in vitro di cellule. Insomma, gli americani mettono in pratica con efficienza un sistema già abbondantemente collaudato negli ultimi 10 anni tipo lo schema ad albero di Natale, il 4-3-2-1.

Pinuccio e sua madre però iniziano a trovare la palla, e rilanciano nelle giuste zone di campo. “Si, ma se devo aspettare che la pianta cresca, campa cavallo. Con un’epidemia come questa in corso mica posso aspettare due anni che crescano le piante! Le gente muore quasi tutta dopo una settimana. Meglio sbudellare le scimmie“. Primati e animalisti possono stare sereni: il sistema usato non richiede la maturazione delle piante ed evita la via animale. In pratica si prendono piante già adulte, le si infetta con un batterio specializzato a trasferire nelle cellule di Nicotiana le informazioni genetiche giuste e queste in pochi giorni producono anticorpi in massa. Il processo si chiama agroinfiltrazione, anche perché si ottiene siringando direttamente le foglie oppure esponendo le piante a una soluzione di batterio dopo averle mese sottovuoto, e grazie ai suoi difetti N. benthamiana lo porta a termine in modo efficacissimo, dal nostro punto di vista. Anche nei difetti è importante eccellere. Questo tabacco australiano è infatti estremamente sensibile alle aggressioni di ogni tipo (virali, batteriche, fungine) perché presenta sulle foglie aperture grandi e più numerose che in altri vegetali. Le piante usano queste aperture, dette stomi, per scambiare gas tra l’interno e l’esterno delle loro foglie, ma i batteri come Agrobacterium tumefaciens le sfruttano per penetrare all’interno (“Insomma è un colabrodo, tipo la difesa di Zeman“! “Esatto, ma lo spettacolo è garantito“). Una volta dentro, il batterio preventivamente modificato inizia a trasferire materiale genetico alle cellule delle foglie, ovvero trasferisce in esse una porzione di DNA che “ordina” la costruzione della la nostra proteina antiebola, trasformando la pianta in una specie di fabbrica farmaceutica specializzata. Questo metodo permette la produzione di alcuni grammi di anticorpi in pochi giorni a partire da piante già cresciute e volendo si può passare alla produzione su scala industriale, in serra o in campo qualora ne servissero grosse quantità in tempi brevi. Basta avere le piante già in coltivazione, e con il tabacco non è certo un problema: è proprio quello che è stato fatto nel Kentucky per produrre il trattamento somministrato ai due medici americani.

E quindi anziché far scappare scimmie infette rischiamo di avere un’invasione di tabacco transgenico! Dalla padella alla brace!” rilancia sulla fascia la signora Maria sicura del sostegno di squadra del coro greco della spiaggia. La fermo con calma pensando più a Franz Beckenbauer che a Pasquale Bruno. Non ci sono più i sistemi trangenici di una volta, signora mia. In questo caso (ma in realtà anche in molti altri) si tratta di un affitto di geni, non di un acquisto con rogito cromosomico incluso. Le cellule di tabacco infettato con i geni che ordinano la produzione degli anticorpi-antiebola non vengono integrati in modo permanente nel genoma della pianta, ovvero non vengono trasmessi alle generazioni successive di tabacco e gli effetti durano solo per un periodo di tempo limitato. Si parla di espressione transiente, ovvero temporanea, più rapida di quella stabile ma meno duratura nel tempo. In più, anche se potesse la Nicotiana benthamiana modificata non sarebbe in grado di procreare. Le piante infettate producono sì anticorpi in gran quanità, ma a causa dell’infezione massiccia muoiono e quindi non giungono neppure a fioritura. E’ come la tinta per i capelli: dura per un po’, rovina il capello ma poi se ne va e le colpe del parrucchiere della madre per fortuna non ricadono sui figli. Manipolare temporaneamente la genetica di una pianta per produrre un farmaco salvavita senza ricorrere all’allevamento di animali non mi pare male.

Insomma, niente sfruttamento animale, farmaco più economico e una riverniciata alla rispettabilità del tabacco coltivato“, chiosa Pinuccio, che sarà anche un metronotte un po’ gretto ma non è per niente tonto. Mi guarda e il suo sorriso non mi piace, ha la faccia di uno che ha visto un terzino sbagliare il fuorigioco. “Tutto molto bello, ma ammesso che su questi due americani funzioni veramente come si spera, quando lo distribuiscono direttamente in Africa?

Olinger, G., Pettitt, J., Kim, D., Working, C., Bohorov, O., Bratcher, B., Hiatt, E., Hume, S., Johnson, A., Morton, J., Pauly, M., Whaley, K., Lear, C., Biggins, J., Scully, C., Hensley, L., & Zeitlin, L. (2012). Delayed treatment of Ebola virus infection with plant-derived monoclonal antibodies provides protection in rhesus macaques Proceedings of the National Academy of Sciences, 109 (44), 18030-18035 DOI: 10.1073/pnas.1213709109

Qiu, X., Audet, J., Wong, G., Fernando, L., Bello, A., Pillet, S., Alimonti, J., & Kobinger, G. (2013). Sustained protection against Ebola virus infection following treatment of infected nonhuman primates with ZMAb Scientific Reports, 3 DOI: 10.1038/srep03365

Daniell, H., Streatfield, S., & Wycoff, K. (2001). Medical molecular farming: production of antibodies, biopharmaceuticals and edible vaccines in plants Trends in Plant Science, 6 (5), 219-226 DOI: 10.1016/S1360-1385(01)01922-7

Goodin, M., Zaitlin, D., Naidu, R., & Lommel, S. (2008).
Nicotiana benthamiana: Its History and Future as a Model for Plant–Pathogen Interactions
Molecular Plant-Microbe Interactions, 21 (8), 1015-1026 DOI: 10.1094/MPMI-21-8-1015

Erbacce e augmented reality, senza Google Glass

Mentre c’è chi giustamente investe nella realtà aumentata per migliorare la fruizione di arboreti e orti botanici, mentre si specano i sistemi informatici e le app per gestire collezioni viventi di piante, per geolocalizzare specie spontanee in boschi e prati con bambini e scolaresche e per intraprendere progetti di citizen science in parchi e foreste, e mentre c’è chi, sul tema delle piante spontanee, delle erbacce o più poeticamente dei fiori di campo ci scrive interi libri, lasciando gli studiosi a interrogarsi su dove si andrà mai a finire signora mia per colpa dell’analfabetismo botanico, insomma, mentre tutto questo accade e avanza in un tripudio di protesi digitali, dotte dissertazioni e periodare arbasineggiante (o arbasiniano?) come fosse un’illeggibile nota a piè di pagina di Infinite Jest, a Nantes una intraprendente signora ha deciso che non era il caso di attendere lo sviluppo di un software per Google Glass che avvisi il portatore della presenza nei dintorni di un dente di leone, di una cespica, di una parietaria, di una piantaggine, di un ciombolino o di un poligonio in fioritura e per aumentarne la visibilità ha iniziato a scrivere, con bomboletta e mascherina o più semplicemente con vernice bianca e pennello, i nomi (comuni) delle erbacce di cui sopra sui marciapiedi, a lato delle crepe nell’asfalto caldo per l’estate, sui muri sbreccati e negli smanchi tra i sampietrini da cui queste ardite colonizzatrici urbane spuntano arrancando anche su pochi milligrammi e millimetri di terreno nient’affatto fertile, svolgendo il loro compito vegetale senza chiassose fioriture o pacchiane profumazioni e spesso per questo venendo dimenticate dall’occhio dell’Homo urbanus, per il quale la sola pianta vera di città è quella che fa ombra all’auto in agosto.

Capture_d_e_cran_2014-06-25_a_11-32-32-f3591Piccole, indesiderate, spesso pure diserbate o estirpate, le umili e poco appariscenti decoratrici dei nostri scenari urbani sono le destinatarie d’elezione di progetti, sino ad ora estemporanei e non coordinati, che mirano a limitare un problema noto come Plant Blindness. Le piante sono intorno a noi un po’ ovunque nei contesti metropolitani, ma a meno che non ci cada in testa un ramo non sono in genere notate né considerate, vittime dell’antropocentrismo urbano e dello zoosciovinismo di molti cittadini. Spesso poi la plant blindness colpisce anche chi li studia per lavoro, i vegetali: la signorina di Nantes che ha avuto questa bella idea di professione fa l’artista, non la botanica.

 

Rappresentare le piante. Part Two: Immaginare

bunkering-355pxCerto, è facile fare gli spocchiosi e lamentarsi quando le piante vengono usate come pin-up sexy e senza cervello su copertine patinate. A fare gnegnegné quando i creativi iniziano a pasticciare con le tecnologie più avanzate per inventare nuove espressioni. Intanto però, le immaginazioni delle piante, della loro chimica intricata e del loro comportamento alieno si moltiplicano anche dall’altra parte di questa ipotetica barricata virtuale, quella dei laboratori in cui i camici bianchi cercano, per fini di ricerca, di maritare grafica e scienza, raffigurazioni e numeri. Da queste  parti, talvolta, il rapporto tra raffigurazione visiva e dato numerico inizia persino a pendere dalla parte della prima, giovando a più scopi: di ricerca e di comunicazione.

L’imaging science per le piante non è certo una novità: dall’invenzione del microscopio fare ricerca con le immagini è diventato un must in molti campi della biologia. Tuttavia le immagini ottenibili hanno una serie di limiti, che vanno superati. Ad esempio, il loro contenuto non è immediatamente riconducibile a qualcosa di noto a tutti, dato che riproducono elementi invisibili ad occhio nudo. Un primo caso pratico di questo superamento è l’impiego di una diagnostica per immagini di origine medica, la Tomografia ad Emissione di Positroni (PET), sfruttata da qualche anno non solo in oncologia ma anche come sistema non invasivo, non distruttivo  per monitorare lo spostamento dei metaboliti nelle piante. La traduzione dei valori registrati dallo strumento in immagini funzionali, anche cromaticamente, all’interpretazione dei dati diventa qui IL dato, grafico e non numerico, che serve al ricercatore. Al contempo l’oggetto ottenuto è direttamente riconducibile ad una categoria visiva universale per qualunque osservatore: la pianta intera, la foglia. L’immagine a sfondo blu in apertura, ad esempio, mostra la traslocazione dei metaboliti primari in una giovane piantina di pioppo a seguito dell’attacco da parte di una larva di Lymantria dispar. La porzione di destra illustra, senza bisogno di saper interpretare complicati spettri cromatografici, tabelle di numeri o disposizioni istologiche, il prelievo di zuccheri e proteine dalle foglie aggredite e il loro accumulo nel fusto e nelle radici, togliendo nutrimento all’insetto mentre questo bruca la foglia. In questo modo la pianta ripara, come i Russi nella Seconda Guerra Mondiale, le risorse pregiate oltre gli irraggiungibili Urali col fine di usarle in un secondo momento e al contempo fa terra bruciata attorno all’aggressore, costretto a masticare indigesto legno e non prelibati zuccheri.

In altri casi la PET permette di monitorare differenti forme stress e altre funzioni fisiologiche, come il tempo trascorso tra l’assorbimento di CO2 atmosferica da parte di una foglia, la sua inclusione in molecole di zucchero a seguito della fotosintesi e la traslocazione di queste ultime nei parenchimi di riserva, con tanto di precisa localizzazione. Allo stesso modo ancora, è stato possibile tracciare la diffusione quasi “nervosa” del segnale d’allarme veicolato dalla diffusione autoradiograph-300di un composto messaggero chiamato metil jasmonato in piante aggredite da patogeni. Infatti, il dettaglio dell’immagine ottenuta (una vera e propria autoradiografia) è tale da permettere l’osservazione del metil jasmonato all’interno di singoli tubi floematici, come se fosse adrenalina rilasciata nelle vene di un uomo in pericolo. Essendo basata sulla blanda e transitoria radioattività di un isotopo del carbonio, il C 11, questa declinazione vegetale della PET permette di studiare distribuzione e allocazioni all’interno di un periodo di tempo definito, senza danneggiare la pianta, garantendo quindi osservazioni in continuo ed assai più coerenti con la realtà.  Durante le osservazioni infatti la pianta rimane vitale e non deve essere “sacrificata” e sezionata come nel caso della microscopia classica, ottica o elettronica e il suo sviluppo può essere osservato quasi dal vivo, acquisito e riprodotto a fini di ricerca, didattica e divulgazione. Non solo immagini in tempo reale, ma in organismi vitali, laddove la microscopia classica offriva una stop-motion o addirittura fermo-immagine in tessuti morti. Per sovrannumero, quello che lo strumento restituisce è contemporaneamente un dato utile per il ricercatore esperto e un’infografica che lo spiega al semplice curioso.

L’applicazione di tecniche di imaging allo studio delle piante non si ferma peraltro alla PET e allo spostamento di metaboliti, ma si allarga sempre più frequentemente allo studio dello sviluppo e della funzione degli organi biologici, permettendo di superare altri limiti della microscopia classica.  Nelle ultime settimane, anche per la bellezza dei risultati, molti hanno condiviso il video riportato poco sopra e diverse immagini di piante carnivore prodotte dal John Innes Centre. Si tratta di materiale ottenuto mediante Tomografia a Proiezioni Ottiche, che  permette di ricostruire in 3D una serie di immagini ottenute al microscopio, riproducendo fedelmente ed in modo elaborabile la struttura di qualunque organo o tessuto vegetale. Se opportunamete condotta, l’OPT non ricostruisce “banalmente” il visibile, ma consente di acquisire anche immagini in fluorescenza, ad esempio seguendo l’espressione di geni specifici o il posizionamento di composti autofluorescenti o resi tali tramite appositi markers. Il tutto permette di ricreare modelli tridimensionali di singole cellule, di tessuti o di intere piante, seguendo la dinamica di crescita e l’attività delle cellule, combinando in tempo quasi reale morfologia e genomica con enormi vantaggi nella lettura del dato. Per chi studia la biologia dello sviluppo e cerca di comprendere la funzione degli organi vegetali è un sogno, in quanto le rappresentazioni possono essere ottenute da campioni interi e successivamente “aperti” e “sezionati” lavorando sul modello virtuale in 3D acquisiti, come descritto nelle seguenti immagini in bianco e nero. Anche in questo caso, per chi era abituato a dedurre lo sviluppo degli organi vegetali da singole sezioni bidimensionali di tessuti (belli, ma statici), l’aumento delle informazioni disponibili è enorme e la possibilità di spiegarle facilmente quasi a chiunque grazie all’immediatezza della percezione è altrettanto rilevante.

F1.largeF2.mediumIl valore di queste rappresentazioni è molteplice e si estende oltre l’ostico confine della scienza per scienziati: diventa più rapidamente adatto a spiegare le scoperte a un pubblico non tecnico (la fantomatica opinione pubblica) o non ancora esperto (gli studenti) in modo semplice, intuitivo e diretto. Cosa le distanzia allora dalle performance artistico-visuali descritte in un altro post? Per dare un senso alle cose che osserviamo abbiamo bisogno di modelli, di categorie che ci permettano di ricondurre i flussi di dati a categorie per noi riconoscibili, in maniera tale da generare rappresentazioni più confortevoli per la nostra mente. Nel passaggio dai singoli dati numerici (“quello che la macchina misura”) alle loro descrizioni verbali e di approfondimento (l’articolo scientifico, o divulgativo) queste immagini non sono un semplice corredo né un esotismo estetico o un détournement, come direbbe Débord. Si può discutere a lungo sulla possibilità (o sull’opportunità) di trasformare un dato scientifico in un'”esperienza” per il pubblico, ovvero in un qualcosa che prova a toccare i sensi e non solo la ragione (o che titilla i primi per attivare la seconda), ma nel loro piccolo le immaginazioni delle ricerche sulle piante non devono per forze essere gadget per coatti dell’immagine, ma possono diventare elementi nei quali il rapporto tra misurazione sperimentale e veicolazione del concetto è simile a quello esistente tra fiaba e morale.

ResearchBlogging.orgNon bastasse, l’istituzionalizzazione dell’imaging in campo vegetale è ormai tale da determinare anche la nascita di un’intera disciplina, derivata dalla bioinformatica e chiamata phenomic science. Si tratta di un’area della biologia dedicata alla misurazione olistica e totale dei tratti fisici e biochimici delle piante e della loro variazione in funzione di mutazioni genetiche e di ogni forma possibile di stress. Mentre la pianta cresce, viene misurata in tutto e contemporaneamente: crescita dimensionale, distribuzione di metaboliti primari e secondari, emissione di gas, assorbimento di acqua, forse anche nel numero di battiti di ciglia, se solo le avesse. In realtà questa disciplina, nella sua versione manuale, esiste da tempo ma sino ad ora era basata sulla somma di misurazioni manuali o puntuali, ad esempio della lunghezza delle foglie, dei frutti, dei fiori o della quantità di metaboliti in funzione del tempo, della disponibilità di nutrienti, del tipo di irrigazione e fertilizzazioni e di altre variabili. Inutile dire che queste operazioni richiedevano un’enorme quantità di tempo per produrre informazioni sufficienti e soprattutto spesso comportavano un danno per la pianta. Ora l’automazione e la precisione di un’ampia gamma di tecniche di imaging permette di ottenere enormi quantità di dati digitali nell’arco di una singola stagione e di rielaborarli in ogni salsa possibile, senza letteralmente toccare la pianta stessa. Ad esempio, la crescita e lo sviluppo tridimensionale dell’apparato radicale di una pianta in un vaso è misurabile in continuo, ottenendo ogni poche ore un’immagine  manipolabile grazie a una “fotografia 3D” mediante OPT, correlabile con qualunque variabile. Questo permette di comprendere come, perché e in base a quali stimoli le piante crescono e accumulano certi composti al variare del clima e delle condizioni agronomiche, a esempio. Già sono attivi diversi laboratori specializzati in queste operazioni, ad esempio alla fine del 2013 entrerà ne entrerò in funzione uno certamente poco romantico, ma completamente robotizzato e in grado di produrre grandi volumi di dati e informazioni sulla fisiologia vegetale. Il suo funzionamento è descritto in dettaglio in questa animazione video.

Lee, K. (2006). Visualizing Plant Development and Gene Expression in Three Dimensions Using Optical Projection Tomography THE PLANT CELL ONLINE, 18 (9), 2145-2156 DOI: 10.1105/tpc.106.043042

Kiser, M., Reid, C., Crowell, A., Phillips, R., & Howell, C. (2008). Exploring the transport of plant metabolites using positron emitting radiotracers HFSP Journal, 2 (4), 189-204 DOI: 10.2976/1.2921207

Botanicus Interacticus – higitus figitus abracazè

Alcune professioni sono più invidiabili di altre. Lavorare alla Disney Research ad esempio sembra offrire interessanti chances di realizzazione per geek e visionari desiderosi di suonare un’orchidea come se fosse un theremin, comandare l’agenda elettronica con un bambù o, per i più masochisti, usare un cactus come un mouse. Magari anche usare una Dracaena fragrans –il famigerato tronchetto della felicità come joypad mentre si gioca a FIFA2012 con la Xbox o tacchinare via SMS il fusto conosciuto al bar l’altra sera usando le foglie del Ficus come un romantico tastierino alfanumerico.

I simpatici mattacchioni della Disney, vista la loro vocazione all’intrattenimento, hanno ideato il loro Botanicus Interacticus come  un sistema interattivo in grado di costruire immagini e suoni o per stabilire un sempre fantomatico contatto tra uomini e piante. Eppure, se la sensibilità fosse adeguata e se il sistema non fosse dipendente dalla chiusura del circuito ad opera di una mano, potrebbe essere molto interessante anche in campo scientifico. Ad esempio, potrebbe permettere di monitorare lo spostamento di insetti lungo le parti epigee di una pianta o controllarne in remoto e su lunghi periodi la risposta al tigmotropismo o addirittura al comportamento all’interno di una popolazione archiviando automaticamente i dati, giusto per dire le prime due cretinate che mi vengono in mente. O ancora, potrebbe essere un eccellente sistema per acchiappare l’attenzione di studienti di ogni ordine e grado, per rifilare loro una bella lezione sulla fisiologia vegetale.

Nel video e nel pdf accluso viene anche spiegato a grandi linee il funzionamento dell’apparecchiatura, che vede in un certo senso la pianta come elemento passivo e non attivo ed è diverso da quelli raccontati in un post passato. Nel vaso viene posto un trasmettitore che emette un segnale elettrico con un ampio range di frequenze, la cui propagazione nel fusto varia in funzione della distanza, della forma e della diversa resistività del conduttore, a sua volta dipendente dalla composizione dei tessuti attraversati (maggiore o minore lignificazione e conseguente presenza di acqua, diverso gradiente di elettroliti) e quindi unica per ogni pianta, intesa come individuo e non come specie. Il contatto con una mano e la sua stessa prossimità apparentemente alterano la funzione d’onda di almeno una delle frequenze emesse, generando così una variazione specifica per la posizione toccata o sfiorata, registrabile e manipolabile da inviare ad un elaboratore, che la traduce in suoni, immagini, comandi. Il video non lo mostra, ma la pianta opportunamente elettrificata non risponde in modo binario (contatto-non contatto) bensì analogico, registrando anche l’intensità del tocco e l’eventuale spostamento (sliding), come se fosse la corda di una chitarra elettrica.

Non viene citato da nessuna parte e potrei sbagliare, ma l’impressione è che questo simpatico marchingegno debba ben più di una ispirazione a Lev Sergeevič Termen, inventore dello strumento musicale chiamato Theremin. In questo caso i due oscillatori coinvolti  sfrutterebbero la pianta come un’antenna collegata al condensatore di uno dei due. Una volta trasformato il vegetale in un sistema radiante è possibile variarne la componente capacitiva semplicemente avvicinando o allontanando la mano o un oggetto ad essa. Questo movimento o il tocco generano uno slittamento di frequenza che produce a sua volta un battimento specifico per ogni posizione reciproca tra mano e pianta, che può essere trasformato in un segnale da elaborare (audio per il theremin, elettronico-digitale per il Botanicus Iteracticus). Se così fosse, l’applicazione del sistema all’ecologia potrebbe permettere anche di monitorare se una pianta è influenzata nella sua crescita dalla semplice presenza fisica di altri individui nelle vicinanze, siano essi della stessa specie oppure no. Nei due video che seguono, Lev Termen che suona il suo strumento ed un operatore Disney in una dimostrazione pubblica (le onde viola rappresentano graficamente l’effetto della mano sul sistema radiante)

Enlarge your… life?

Probabilmente non esiste un attacco più abusato, per uno scritto che voglia parlare di mele e salute, di una mela al giorno leva il medico di torno. Meno logoro, ma comunque ben saldo, apprezzato dai più piccini e spendibile nell’immaginario visivo collettivo, il binomio tra mela e vermicello. Pagato il dazio con gli stereotipi, possiamo però usare la mela, la salute e pure il verme per capire meglio se e come una dieta ricca di questi frutti può davvero rendere più salubre la nostra esistenza come vorrebbe la tradizione. Stando alle pubblicazioni scientifiche edite nell’ultimo lustro la curiosità a riguardo sembra essere più che attuale, per vari motivi specchio una certa ortoressia salutistica sempre più incorporata negli stili di vita che ci sono proposti e che recentemente promuove i benefici di un’azione antiossidante come viatico per una lunga vita.

Il verme buono. Il baco della mela in questione non prospera abitualmente nei pomi ma è un nematode microscopico chiamato Caenorhabditis elegans, impiegato frequentemente nel ruolo di modello sperimentale, come racconta in dettaglio questa dispensa dell’IFOM. Rappresenta, grazie alla sue elevata trattabilità, un equivalente zoologico di Arabidopsis thaliana: un organismo facile da gestire e su cui si concentrano gli sforzi di molti per approfondire gli aspetti più elusivi nel funzionamento degli esseri viventi. Tra gli aspetti favorevoli al suo uso vale la pena di citare il ciclo vitale veloce (la vita media di un individuo è di circa 25 giorni); una gestione economica compatibile con un facile uso in laboratorio; un genoma completamente mappato, elaborato ma non troppo; un numero costante di cellule trasparenti (959), tutte visibili al microscopio ottico, tutte con una funzione nota ed assegnata. Non guasta anche l’esistenza di numerosi ceppi in cui sono stati silenziati alcuni geni ad hoc per dedurre ipotesi sui meccanismi d’azione di sostanze somministrate alla bestiola. Del piccolo verme terricolo si sa dunque quasi tutto al punto che esistono archivi online dedicati ai protocolli sperimentali e ai dati disponibili circa il suo comportamento, la sua fisiologia e le risposte agli stress cui viene esposto (fame, calore, variazioni della dieta, eccetera). Per questi motivi, come riassunto nella monografia linkata sopra, C. elegans costituisce “un valido modello sperimentale per l’analisi di fenomeni biologici che sarebbe troppo complesso e dispendioso studiare negli organismi superiori“. Inutile aggiungere che uno di questi fenomeni biologici complessi è rappresentato dalla longevità ed un consistente numero di studi è stato infatti condotto per verificare quali sostanze o alimenti possono incrementare l’aspettativa di vita del nostro eroe, al fine di selezionare i candidati migliori ed indirizzarli a studi su modelli più elaborati come i mammiferi.ResearchBlogging.org

In questa mela c’è un verme! Prosit! Chiaramente anche le mele ed i loro polifenoli (catechine monomeriche epimerizzate o meno, esterificate con acido gallico, procianidine) sono state inserite nella dieta di C. elegans. Mai sperimentazione animale fu tanto vantaggiosa per le cavie, dato che risultati hanno evidenziato in studi distinti un incremento medio della longevità pari a 1,5-2 giorni, a cui si abbina una riduzione delle dimensioni medie. Facendo un conto della serva e confrontando le rispettive aspettative di vita, i giorni in più che queste sostanze assicurano al nostro verme equivarrebbero potenzialmente a 7 anni di vita per un essere umano. Ovviamente il condizionale è più che obbligatorio e la proporzione è un frutto puramente teorico, data la differenza tra i due organismi, ma il risultato è promettente lungo la via che porta dal proverbio alla certezza. Sono però le indicazioni e le implicazioni di queste ricerche ad essere particolarmente interessanti, perchè fanno traballare alcuni assiomi su cui si basa il marketing salutistico.

Cosa dicono questi studi. Confermano che la catechina non epimerizzata (abbondante in tè verde e cacao) ed i polifenoli complessi da essa derivati per polimerizzazione (procianidine o proantocianidine), presenti nelle mele ma anche in mirtilli, uva, cacao, tè e molte altre piante, possono aumentare la longevità di alcuni esseri viventi, confermando quanto già noto per il resveratrolo nei moscerini e nello stesso C. elegans. Però queste ricerche -soprattutto quelle inerenti la catechina-dicono anche che c’è da riflettere con attenzone sui meccanismi sinora sponsorizzati per assicurare (e proporre con insistenza) un regime alimentare longevista, in quanto l’azione antiossidante sembra essere non così preminente come supposto. Anzi, le proprietà antiossidanti degli alimenti vegetali non avrebbero effetto alcuno sull’incremento dell’aspettativa di vita (non sull’insorgenza di malattie, che peraltro per un nematode sono differenti dalle nostre). E questo, probabilmente è l’aspetto più interessante della faccenda. L’uso di ceppi di C. elegans incapaci di resistere allo stress ossidativo ha infatti evidenziato che la somministrazione di polifenoli come quelli delle mele non influisce sulla longevità e che molto più coinvolti sono invece i pool genici legati ai processi di detossificazione. Anche la teoria dell’ormesi (la teoria del “quel che non ammazza ingrassa” 😀 ) sembrerebbe insufficiente per alcuni polifenoli -catechina in particolare-  ed ugualmente non sembrerebbe coinvolta l’induzione di una restrizione calorica, altro fattore noto per aumentare la longevità di questi animali. Catechine e procianidine, inoltre, si comporterebbero diversamente dal resveratrolo, creando uno scenario più complesso di quello che porta alle sirtuine.

Come giustificare quindi l’aumento dell’aspettativa di vita in  Caenorhabditis? Una delle ipotesi passa attraverso una teoria dell’invecchiamento proposta tra il 1977 ed il 1979 e chiamata Disposable soma theory. Secondo questa linea di pensiero -che ha i suoi limiti ed i suoi detrattori, ad esempio non spiega adeguatamente gli effetti positivi delle restrizioni caloriche- gli organismi viventi hanno una quantità definita di energie da distribuire, un budget fisso con tre capitoli di spesa principali: crescita/metabolismo, riproduzione e “manutenzione”. Quest’ultima si occupa di cose come la riparazione del DNA danneggiato, l’efficienza dei sistemi enzimatici e dei vari rammendi che gli organismi viventi abbisognano a causa degli stress a cui  sono fisiologicamente esposti.  La voce della manutenzione sarebbe la meno prioritaria nella contabilità e come l’istruzione in certe nazioni verrebbe depauperata di risorse più delle altre, determinando il progressivo decadimento del sistema e quindi l’invecchiamento. Nel caso di C. elegans alimentato con una dieta ricca di catechina non si riscontra un vantaggio nella resistenza antiossidante, ma un probabile aumento dell’efficacia dei sistemi di riparazione ed eliminazione delle tossine, con una riduzione del budget assegnato alla crescita. I vermi, infatti, vivono di più ma si accorciano. Come si traduca questa promozione della detossificazione non è ancora noto, ma come evidenziato anche da altri studi i polimeri polifenolici delle catechine avrebbero la capacità di modulare tramite un’azione aspecifica le strutture proteiche degli enzimi preposti allo “smaltimento” delle tossine assunte o generate con l’alimentazione, modulando le capacità detossificanti. Un’altra informazione interessante che si estrae dai lavori è che non è indispensabile utilizzare molecole isolate per ottenere risultati, bastano mix di polifenoli non purificati come quelli direttamente presenti nei frutti integri.

Cosa non dicono questi studi. Ovviamente un essere umano è più complicato di un nematode e lo scale-up da C. elegans ad Homo sapiens non è scontato. Almeno fino a che non si tira in ballo la caratura etico-morale, naturalmente. Innanzitutto, il regime alimentare seguito dal verme nelle ricerche era totalmente esclusivo e comprendeva i soli polifenoli miscelati a batteri morti (suo cibo abituale), mentre la nostra dieta è enormemente più elaborata e complessa. Anche lo stile di vita, se così si può dire, è parecchio diverso a causa del numero molto maggiore di tossine a cui sono esposti i nostri organismi. Molti di questi studi poi, si riferiscono a diete monoalimento a base di sostanze pure aggiunte ad una dieta fissa condotta “dalla culla alla bara” del nematode-modello, cosa quasi impossibile da replicare in un essere umano. Inoltre, è tutta da verificare la quantità di catechine e procianidine efficaci in un mammifero (e se questa quantità è compatibile con l’alimentazione umana), che ha un apparato digestivo molto più complesso e popolato da una flora batterica del tutto differente.

In pillole? I polifenoli delle catechine presnti nelle mele potrebbero effettivamente avere un effetto benefico su alcuni organismi viventi, attraverso un meccanismo diverso da quello antiossidante. Se si parla di longevità questo parametro potrebbe non essere importante come propagandato. La presenza di queste sostanze in un grande numero di fonti alimentari rende tuttavia poco esclusivo l’abbinamento tra mela e longevità, estendendolo potenzialmente ad una dieta ricca in polifenoli catechinici. Chi volesse, sulla base di queste evidenze preliminari, soddisfare l’antico adagio della mela al giorno, farebbe meglio a mangiarla con la buccia: il grosso dei  polifenoli si accumula sulla parte esterna (il rapporto buccia:polpa  per le proantocianidine circa 4:1). Per la scelta della mela più indicata, l’appuntamento è invece per un prossimo post.

Sunagawa, T., Shimizu, T., Kanda, T., Tagashira, M., Sami, M., & Shirasawa, T. (2010). Procyanidins from Apples (Malus pumila Mill.) Extend the Lifespan of Caenorhabditis elegans Planta Medica DOI: 10.1055/s-0030-1250204

Saul, N., Pietsch, K., Menzel, R., Stürzenbaum, S., & Steinberg, C. (2009). Catechin induced longevity in C. elegans: From key regulator genes to disposable soma Mechanisms of Ageing and Development, 130 (8), 477-486 DOI: 10.1016/j.mad.2009.05.005

Sarà anche asinino, ma dietro questo cocomero c’è una cultura

La Natura, come la luna di Heinlein, è una severa maestra in grado di impartire dure lezioni a chi la sfrutta e la spreme alla stregua di una colonia. Sarà anche per questo suo animo vendicativo e caparbio che noi umani ne diffidiamo e la guardiamo con lo sguardo sospettoso di chi -come Shāhrīyār- è certo del tradimento? Sarà per questo che ci adoperiamo per adottare strategie di eliminazione e sostituzione con succedanei, per minimizzare la dipendenza? Sarà come sarà, ma -come Shéhérazade- ogni sera la Natura ci racconta una storia nuova. E va sempre a finire che ci facciamo ammaliare, come il rude Marte con la seducente Venere…

Frutti proibiti. Se vi capitasse di passeggiare per le sale della National Gallery di Londra avreste modo di ammirare dal vivo un dipinto di Botticelli chiamato Venere e Marte, non a caso evocati poco sopra. Il dipinto su tavola è disponibile in alta definizione ed in versione navigabile sul sito del museo, il che consente di magnificare con cura alcuni dettagli interessanti per la nostra storia. L’opera viene letta dagli storici dell’arte come un’allegoria del matrimonio (e/o dell’atto sessuale), unico evento capace di condurre alla pace dei sensi anche all’uomo marziale per antonomasia, blandito dalla sensualità di Venere al punto da farsi rubare le armi, trasformate in giocattoli, e giacere inerme e stordito, alla mercè dell’amore. In basso a destra, proprio sotto al Marte obnubilato, è raffigurato un diavoletto tentatore che accarezza un frutto oblungo e spinoso attorno al quale si è recentemente aperto un piccolo dibattito. Una prima interpretazione (fatta da un botanico di Kew con poca propensione all’arte ed alle sue regole) aveva infatti identificato nel dono diabolico il frutto di Datura metel o Datura stramonium, piante da sempre associate alla narcosi ed alla perdita di contatto con il reale, a causa della presenza di alcaloidi tropanici allucinogeni come atropina e scopolamina. Quest’ultima ad esempio ha una buona letteratura come agente in grado di annullare la volontà delle persone a cui è somministrata, rendendole succubi di chi la propina loro. Una lettura che ben si attaglia alla perdita di sensi impersonata da Marte ed al ruolo tentatore -da peccato originale rivisitato- del frutto proibito, del femminino di Venere mediato dal lato oscuro della forza impersonato dal satanello. Una lettura ineccepibile appunto, che però sembra non tenere conto di tre elementi cardine: la datazione del quadro, la carpologia ed il rapporto artista-osservatore. La forma del frutto infatti non sembra coincidere in modo così preciso, le spine tipiche della capsula del genere Datura non sembrano così evidenti anche ingrandendo al massimo l’immagine, che rivela un frutto peloso ed ispido, ma non manifestamente aculeato. Del resto Botticelli non era un botanico e potrebbe averci messo del suo, dando poca rilevanza ad un carattere morfologico da lui considerato non fondamentale. Tuttavia, la funzione degli oggetti dipinti all’epoca è strettamente simbolica ed a questo fine il loro risconoscimento da parte dell’osservatore deve essere pressochè immediato. La veridicità della rappresentazione diventa pertanto fondamentale. Difficile quindi che Botticelli abbia trascurato le spine, difficile che abbia posizionato in quel modo nelle mani di un diavoletto un frutto spinoso e ostico da maneggiare, se voleva che il pubblico lo riconoscesse e lo ricollegasse a qualcosa di noto, a qualcosa che trasmettesse senza ambiguità un messaggio. Nel dubbio, sono l’origine geografica della pianta e l’inquadramento storico a dirimere la questione:  se è vero che Datura stramonium è specie latinoamericana, Colombo sbarcò ad Hispaniola nel 1492 e la datazione di Venere e Marte dice 1483. I conti non tornano ed il frutto della tentazione non sarebbe quindi la capsula dello stramonio.  Esiste per la verità anche un’ipotesi asiatica, secondo la quale alcune specie del genere Datura, inclusa D. stramonium, sarebbero originarie dell’Asia Centrale ma la loro diffusione in Europa sarebbe stata comunque troppo scarsa all’epoca per entrare a far parte di un messaggio simbolico, che si regge su una semiotica condivisa tra pittore ed osservatore. E di Datura stramonium si ricordano i fiori bianchi e grandi e se ne usano le foglie o al più i semi e non il frutto, che quindi direbbe poco ai “lettori” del dipinto.

Ambiguità lampanti. Il post da cui ho tratto queste notizie prende le mosse da una notizia botanico-artistica apparsa sul Telegraph a maggio, suggerendo una possibile soluzione ed una conseguente lettura, più corretta dal punto di vista botanico ed altrettanto azzeccata da quello simbolico. Questa interpretazione coinvolge il cocomero asinino (Ecballium elaterium), una pianta spontanea diffusa in tutto il bacino del Mediterraneo, famosa grazie al sistema “esplosivo” con cui disperde i semi attorno alla pianta madre. Il frutto di questa cucurbitacea è infatti simile ad un piccolo cetriolo e se urtato -anche minimamente e con grazia- durante la fase di massima maturazione, spruzza semi con forza sino a 10 metri di distanza. Nel contesto simbolico costruito da Botticelli la forma, la meccanica fallica e l’evocazione dell’eiaculazione con il suo connesso post-coitale sul viso rilassato di Marte tracciano un simbolismo assai chiaro per i fruitori dell’opera. Non a caso – forse i committenti Botticelli lo sapevano- in spagnolo questa pianta è chiamata “pepinillo del diablo“, un nome che fitta con la posizione nel quadro e con il messaggio erotico inserito dall’autore. E probabilmente non è neppure causuale che ad essere raffigurato sia un frutto staccato dalla pianta, ovvero già esploso, già postcoitale come il Marte sovrastante. Probabilmente proprio per questa sua originalità e per il richiamo ambiguo il cocomero asinino è raffigurato nelle opere d’arte molto più di quanto ci si possa attendere per una pianta priva di applicazioni particolari (il suo uso etnomedico, pur presente, è poco diffuso a causa della tossicità elevata). Il fascino dell’occhiolino malizioso, si sa, non ha confini d’epoca e di culture e la stessa allusività è ripresa anche dai naturalisti del terzo millennio.

Dal quadro al campo. La singolarità del sistema “eiaculatorio” di dispersione dei semi nel cocomero asinino risponde ad un’esigenza ovvia per una pianta ecologicamente aggressiva in habitat aridi: far crescere le piante figlie più lontano possibile dalla pianta madre, al fine di evitare competizioni fratricide per suolo ed acqua e per estendere al massimo il controllo del territorio. Il meccanismo prevede una serie di sistemi ad orologeria e la produzione di un ordigno esplosivo a pressione con annessa canna ad anima liscia. Il sistema di propulsione abbina il turgore cellulare, l’osmosi e una morfologia apposita, combinando aspetti legati alla forma ed alla disposizione dei tessuti con la tipologia e la localizzazione di sostanze chimiche precise. I frutti presentano infatti un pericarpo elastico, formato da diversi strati di cellule in grado si resistere in modo dinamico (mi piego ma non mi spezzo) alla pressione interna sempre crescente. Il tessuto che lo compone è essenzialmente un collenchima capace, grazie ad accumuli di polisaccaridi negli spazi intercellulari, di deformarsi di fronte ad uno stress meccanico durante il rigonfiamento ed abbastanza elastico da restituire spinta durante lo svuotamento esplosivo, come un laccio emostatico pieno d’acqua a ferragosto :-). Al suo interno i semi si trovano immersi in un tessuto parenchimatico formato da cellule molto ampie e piene di mucillagini, che in prossimità della maturazione incorporano per osmosi una grande quantità di acqua, sino a raggiungere una pressione interna prossima a 14 Bar. Le loro pareti sono sottili ed al massimo del turgore risultano tese come corde di violino o meglio, come sottilissimi diaframmi di cristallo: una semplice vibrazione dovuta ad un urto ne determina la rottura a catena, stravolgendo in pochi istanti il precario equilibrio dell’interno del frutto e scaricando la forza della pressione sui tessuti circostanti. In prossimità dell’attaccatura al peduncolo i tessuti del piccolo cetriolo sono invece meno elastici e meno resistenti e formano un “invito alla rottura programmata” che ricorda quello delle fialette in vetro. Per effetto dell’improvviso aumento della pressione all’interno il frutto si stacca quindi dal picciolo mettendo in comunicazione l’interno e l’esterno, con un rilascio del liquido mucillaginoso che viene sparato fuori “a lupara”, anche grazie alla contrazione elastica di rimbalzo delle pareti collenchimatiche. Il frutto ha sempre una posizione inclinata, non casuale: eventuali esperti di balistica potranno confermare che un angolo di uscita tra i 40 ed i 60° assicura la massima gittata ad un corpo in moto parabolico.

Dal campo al laboratorio. Le piante che usano sistemi meccanici (si parla di autocoria) per diffondere i propri semi sono relativamente numerose (Cyclanthera  explodens,  Impatiens parviflorum,  Oxalis corniculata, Canavalia gladiata, Geranium  dissectum,  Acanthus  mollis,  Cardamine  impatiens,  Dorstenia contrayerva, Arceuthobium spp., per citarne alcune) ma solo il nostro frutto botticelliano usa la pressione idrostatica per darsi spinta. Questa unicità è stata fonte di ispirazione anche per qualche applicazione tecnologica, sebbene per ora limitata alla fase puramente sperimentale. Giusto l’anno scorso alcuni ricercatori hanno messo a punto un sistema di nanoparticelle (da intendersi come sistemi di veicolazione di farmaci e non come PM10) in grado di espellere il loro contenuto all’esterno mimando la dinamica di Ecballium elaterium. Il loro lavoro, pubblicato su Soft Matter e liberamente disponibile in pdf, è un elegante esempio di ispirazione naturale applicata alla tecnologia più avanzata. Un problema connesso alla sperimentazione di nanoparticelle nel rilascio di farmaci risiede nella loro limitata stabilità chimico-fisica e nella difficoltà a trovare un grilletto che le faccia scattare a comando, ad aprirsi solo dove e quando vogliamo evitando che il loro prezioso contenuto possa degradarsi o agire dove non deve. Nello specifico, il sistema messso a punto prevede il rilascio controllato di un principio attivo o di un’emulsione racchiusi in una sferetta di idrogel delle dimensioni di pochi nanometri, che funge da navicella. L’ispirazione asinina sta nel sistema di apertura a comando e nell’energia cinetica impressa al contenuto al momento dell’apertura, che ne favorisce la dispersione. In particolare questa sorta di nanoliposomi risulta sensibile non ad una sollecitazione meccanica bensì alla temperatura. La loro caratteristica è quella di essere stabili -più di altre nanoparticelle- a tutte le condizioni con l’eccezione del calore e di rilasciare di colpo il farmaco o il medicamento in esse contenuto solo là dove le condizioni termiche superano un determinato valore. Ad esempio un muscolo, in organo, una parte di corpo esposta ad un riscaldamento anche sotto forma di raggi infrarossi, ultrasuoni o microonde, con l’inuibile vantaggio di rilasciare il principio attivo solo là dove seve agire, massimizzandone gli effetti terapeutici e contenendo quelli collaterali. La loro conformazione inoltre ricorda quella del frutto di Ecballium elaterium in quanto è in grado di “sparare” fuori il contenuto terapeutico ad elevata velocità, vincendo così le forze viscose o la resistenza di alcuni tessuti, aumentando la capacità di penetrazione e diffusione nel bersaglio terapeutico.

Quando si scopre che un frutto asinino lega Botticelli, il sesso, la botanica e l’ultimo grido delle nanotecnologie, come si fa a condannare a morte Shéhérazade?

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L’immagine di Ecballium elaterium viene dal sito del Dipartimento di Botanica dell’Università di Catania

Ifinite forme pelosissime (al carnevale della biodiversità con un costume tricot)

Questo post è un contributo alla prima edizione del Carnevale della Biodiversità, la cui parata va in scena a questo giro lungo le vie de L’Orologiaio Miope.

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Bricolage evolutivo. Johannes Itten era un tipo stravagante, per un certo periodo direttore del corso-base alla Bauhaus, l’istituzione fondata negli anni ’20 in Germania da Walter Gropius con il compito di garantire “un’istituzione educativa, per fornire servizi di consulenza artistica all’industria, al commercio ed all’artigianato“. Tra le cose meno bizzarre che Itten suggeriva ai suoi allievi si annovera la creazione di oggetti artistici ma funzionali (oggetti di design, diremmo ora) a partire da objets trouvés, secondo i dettami della Found Art e del readymade rettificato. Alla base di questo lavoro vi era una costante ricerca di oggetti già dotati di una funzione, con l’obiettivo di destinarli al ri-uso in un contesto differente e caratterizzato da altre esigenze da soddisfare, in modo da creare ridondanza e varietà partendo dal singolo. Un buon esempio per capire che non sempre è indispensabile pianificare da zero e che operare piccole, continue modifiche ad oggetti non seriali e quindi sempre diversi, può essere spesso un’eccellente strategia.

Per alcuni aspetti il risultato del lavoro proposto da Itten -e seguito da una miriade di altri designers del riuso dopo di lui- ricorda gli effetti della pressione evolutiva (oddio, evoluzione E design nella stessa frase!), in quanto basato sulla cooptazione funzionale, su assemblamento e modifica di parti nate per altri scopi, sviluppando strutture sempre diverse tra loro e con funzioni poliedriche. In ambo i casi si lavora senza un vero progetto aprioristico e consapevole, senza un fine pre-disegnato, ma si parte da un oggetto e si cerca di assecondare le esigenze del momento, si affinano nuovi impieghi riusando e plasmando quel che si ha a disposizione. Così come farebbe un appassionato di bricolage. Per il bricoleur la funzione reinventata è un must, è il *vero* obiettivo del suo piegare, smartellare, tagliare e riscostruire e soprattutto la sua reinvenzione è flessibile, si adatta in modo plastico. E il suo frutto è a sua volta passibile di nuove trasformazioni in un continuum di riconversioni e variazioni sul tema (in altre parole, il bricolage è un pò jazz). Questa dinamica viene spesso spinta ad un limite tale da rendere quasi impossibile ritrovare l’originale di partenza e risulta altrettanto arduo assegnare una funzione univoca a quanto il bricoleur ci porge. Il bastone da sci rimasto spaiato diventa -spesso contemporaneamente- un sostegno per i pomodori, ma anche un catenaccio, un manico per la zappa, un manico d’ombrello, un tubo da sezionare ed usare altrove, uno strumento per raccogliere frutta, un’asta di bandiera, un bastone per guidare il gregge, un giavellotto, un’arma, un perno con cui riparare il rasaerba, una mini grondaia, un’asta per esercizi ginnici… un araldo della sostenibilità delle risorse. La funzione originaria si perde nei meandri del remix e per trovarne il senso bisogna navigare a marcia indietro, facendo del reverse-engineering, per scoprire che quasi sempre il ruolo di quell’oggetto è multiplo e le ragioni della sua forma sono innumerevoli. In natura, nel visibile e nel microscopico, la propensione al riciclo (o meglio al riuso) è uno dei sistemi propulsivi della diversità biologica e spesso tutto ha origine da un singolo elemento comune, plasmato in infinite forme.

Tricolage epidermico. Un esempio microscopico eppur limpido di questo processo (oltre che in Exaptation di Gould ed in molte opere precedenti di Francois Jacob) si trova sull’epidermide di molte piante -quasi tutte a dire il vero- e riguarda i tricomi o, per gli amici del club della fotosintesi, i peli. Il nostro objet trouvé è una semplice cellula epidermica vegetale, che il bricolage evolutivo ha trasformato infinte volte. I tricomi difatti sono, tecnicamente, singole cellule epidermiche che ad un certo punto del loro sviluppo cominciano a cambiare morfologia, formando estroflessioni dell’epidermide stessa. Con i loro omologhi animali condividono solo la collocazione superficiale ed una minima parte di aspetto e ruoli: non sono piccoli organi, non contengono cheratina, sono formati da cellule affatto diverse da quelle contigue, non emergono dagli strati inferiori dell’epidermide. E a differenza della peluria animale, sono pirotecnicamente, caleidoscopicamente variabili nella forma, nella dimensione, nella complicazione ed in alcuni casi pure nel colore. Per tacere -momentaneamente- delle funzioni.

In alcuni casi queste strutture sono unicellulari: una singola cellula epidermica cambia forma, protrudendosi verso l’esterno ed ingrossando la propria parete sino a morire, formando così una struttura ca va, morta e più o meno rigida. In altri casi la cellula si divide più volte, diversificando il suo aspetto in forme infinite e spesso bellissime, lineari o ramificate, ad ombrello, a cupola, a palco di cervo, a ginocchio, a cespuglio, a candelabro, a “T”, sempre in ris pos ta all’azione plasmatrice del bricolage imposto dalle pressioni esterne. Alcuni tricomi invece sono vivi e vegeti e secernono miscele di composti chimici (terpeni odorosi per attrarre o repellere, sostanze caustiche o vischiose per rallentare, intrappolare o fare presa, inibitori di crescita, insetticidi). Altri ancora, i peli radicali, stanno sottoterra ed anzichè emettere assorbono, ma sono sempre il prodotto di variazioni sul tema della nostra cellula epidermica.  Sebbene siano poste oltre la capacità di risoluzione dell’occhio umano, queste strutture offrono un esempio reale di biodiversità dinamica, basata sulle stesse regole del visibile e fatta di corse agli armamenti tra piante ed insetti, di soluzioni ad hoc, di arrangiamenti e protezioni contro intemperie e limiti ambientali. Non sempre è dato osservare questa infinita serie di forme, molto parzialmente illustrate nella galleria sottostante, eppure la loro conoscenza non è meno ricca di sorprese e di fascinazioni (e storie torbide!) di quella che pertiene alla porzione di realtà visibile ad occhio nudo.

Il bricolage dell’assediato. Da un punto di vista evolutivo (ma anche quotidiano) la condizione permanente delle piante è quella dell’assedio: non si può fuggire il nemico ed i mezzi sono limitati. Tocca fare di necessità virtù, rovistare nei robivecchi, riusare elementi non indispensabili e seguire il flusso della battaglia, adattando con la tecnica del bricolage le soluzioni che funzionano, scartando dopo averle provate quelle insostenibili o inefficenti. Nel caso dei vegetali gli assedianti sono quelli che i biologi chiamano stress biotici (parassiti, predatori, ospiti più o meno graditi) ed abiotici (caldo, eccesso di luce, carenza di acqua) e le risorse in prima linea sono quelle che stanno sulle mura, sulla pelle della città: l’epidermide della pianta. La mediazione con il mondo esterno è un obbligo imprescindibile per l’epidermide, dato che proprio lì si ha il primo contatto con animali ed insetti, lì pascolano bruchi, afidi e formiche, lì si possono selezionare amici e nemici, avversari ed alleati, lì si scambiano risorse con l’esterno e lì si infrangono le intemperie. L’epidermide deve infatti temperare, oltre all’attacco dei predatori, l’effetto disidratante di vento e calore senza indossare capi d’abbigliamento e se esposta al sole non può aprire ombrelloni o cospargersi di crema protettiva per difendere il DNA della pianta dalle radiazioni. 

Non è quindi casuale che proprio sull’epidermide delle piante, di assalto in assalto, l’evoluzione induca lo sviluppo di soluzioni puntuali a pressioni multiple determinando, nella nostra singola, banale, ordinaria cellula epidermica, la nascita di infinite forme bellissime, specifiche ed adattate alla bisogna dell’assedio. Uno degli elementi affascianti dei tricomi è proprio l’incipit di tanta diversità, che ha origine da un’unica cellula epidermica e dal suo fregolismo. Il motto statunitense e pluribus unum è qui ribaltato: ex uno, plures come illustra la tabella, che elenca delle principali funzioni sino ad ora attribuite ai tricomi vegetali. Alcune di queste possono spiegare meglio di altre la flessibilità del sistema.

Il cavallo di frisia. Al largo delle coste occidentali dell’Irlanda si trova il piccolo arcipelago delle isole Aaran, meta turistica apprezzata per la celtica bellezza dei luoghi e per la presenza di alcuni insediamenti preistorici. Una delle caratteristiche di questi ultimi è l’apparato difensivo comprendente una distesa di pietre aguzze, con la parte tagliente rivolta verso l’esterno, visibili in questa foto. L’evoluzione di quel concetto nella tecnica militaresca vanta mille esempi successivi, dalle lance degli opliti greci ai rami e alle canne conficcate d’innanzi alle mura romane sino alle picche rinascimentali, ai cavalli di Frisia ed al filo spinato degli ultimi due secoli, tutti emblemi del “vietato passare” e del “non vi conviene”. Il loro compito era sempre lo stesso: ostacolare il cammino del nemico verso la roccaforte, al punto da scoraggiare l’inizio stesso dell’operazione. Vi mettereste a passeggiare su un pavimento di razor wire?  Mordereste un riccio di mare? Ecco, le piante provano a mandare ai loro predatori fitofagi lo stesso messaggio deterrente anche nel micromondo delle loro foglie e dei loro rami. Gli esempi di varietà in termini di punte, lame, uncini e rasoi nei tricomi vegetali si sprecano: partendo dai semplici dissuasori appuntiti dei gerani, del tabacco o del Coleus si arriva dalla giungla impenetrabile formata da tricomi a candelabro nelle foglie di Verbascum, su cui molti insetti dovrebbero applicare ondate di agent orange prima di potersi muovere con agio. Dai tricomi aguzzi e rinforzati della genere Cannabis, che irrigidisce la base mineralizzandola con cistoliti di carbonato di calcio fino ad ottenere micro spine dentate, si giunge alle corna di cervo del genere Lavandula, passando per i ciuffi ispidi dei generi Boldus ed Hamamelis e per le picche di Arabidopsis nella foto qui sopra. Molte specie, tra cui l’insospettabile ed angelica Passiflora producono poi tricomi uncinati il cui compito è quello di lacerare la carne di larve e bruchi, mentre altre si limitano ad un disturbo meccanico passivo, che rende energeticamente sfavorevole il transito sulla lamina fogliare. Avete mai provato ad attraversare un mucchio di rovi o un boschetto di bambù? Passare su una foglia di Teucrium non deve essere meno faticoso; meglio girare alla larga e scegliere un cammino o un pasto più palatabile e comodo.

Anche la  collocazione dei tricomi può variare: c’è chi adotta una tecnica a tappeto, randomizzata, e chi ha trovato più consono ottimizzare le risorse, ponendo le bande chiodate di tricomi solo là dove più servono, come nel caso del genere Bromus illustrato nella galleria precedente (immagine rossa), nel quale i tricomi crescono esclusivamente in corrispondenza del punto più importante da difendere: la nervatura in cui scorrono i fasci vascolari. E non si pensi solo al fastidio arrecato agli insetti negli spostamenti e nella masticazione o all’ostacolo fisico che i tricomi pongono alla deposizione di uova da parte dei fitofagi. Nel caso di Silene dioica, ad esempio, si è riscontrata una maggiore sensibilità all’attacco di lumache nelle popolazioni glabre della var. smithii, mentre le piante delle var. serpentinicola e lapponica, dotate di una fitta peluria, sono considerate meno appetibili dagli insaziabili gasteropodi, evidentemente disturbati dal dover strisciare sulla carta vetrata. Come anticipato, infine, la funzione non è mai univoca perchè essa stessa e non solo la forma possono essere riciclate in nome del bisogno e la varietà non si ferma all’aspetto esteriore. Alcuni peli uncinati ad esempio hanno ruoli meno ferali di quelli della Passiflora. Una testimonianza su tutte viene da Galium aparine, nella quale gli stessi peli che sulle foglie cercano di respingere gli assalti di insetti ed erbivori, nei frutti svolgono anche un secondo compito, quello di agganciarsi come velcro al vello degli animali per scroccare un passaggio e disperdersi nell’ambiente, colonizzandolo a costo zero. Una forma, tanti usi; tante forme, un solo fine. Potrebbe essere il motto della biodiversità: E pluribus unum ma anche ex uno, plures.

L’aspersorio. Ma torniamo al bricolage applicato all’assedio. Un altro topos dell’assalto alla roccaforte è la colata di pece calda, di olio bollente sui malcapitati assalitori. Idea già vista e declinata in mille varianti, se tiriamo in ballo quell’opera di alto fai-da-te che sono i tricomi ghiandolari, formati stavolta da cellule vitali e laboriose. Qui le forme sono leggermente meno variabili, perchè in genere si incontrano peli a forma di fiammifero (o uniseriati con testa secretrice uni o bi-cellulare) o a bottone (con un peduncolo unicellulare ed una testa secretrice pluricellulare come quelli di Salvia qui a lato), con rari casi di tricomi elaborati, come quelli della Cannabis e di Artemisia. A garantire diversità ci si mettono però gli omologhi della pece, ovvero i metaboliti secondari variamente tossici che queste strutture producono e riversano sull’epidermide e nell’ambiente con una dedizione che nemmeno a Porto Marghera nei tempi più bui, come racconta questa breve review (pdf). Tra le infinite forme chimiche variamente velenose sintetizzate dalle industrie chimiche poste in cima a questi tricomi, si annoverano migliaia di terpeni e terpenoidi, piretroidi, sostanze azotate, perossidi (l’artemisinina antimalarica ad esempio) e persino tossine proteiche in grado di inibire la schiusa delle uova d’insetto. E siccome neppure dei propri simili non ci si può fidare, non mancano le secrezioni a base di inibitori della crescita dei vegetali, da applicare con cura sulle foglie delle piante con cui si entra in contatto fisico. In casi particolari questi tricomi secretori hanno infine sviluppato compiti ancora più mirati in funzione della nicchia ecologica: procacciare cibo.

L’ombrellina. Altro giro altra forma, ma sempre stessa origine. La parte inferiore della foglia dell’olivo, dell’eleagno e di altre Oleacee come ad esempio il frassino, è bianca e brillante se osservata da vicino. Se la si strofina, una impalpabile polverina simile a talco ricopre le dita, al punto che la consistenza della foglia pare quasi untuosa o lepidota per usare il termine botanicamente corretto. Si tratta, in realtà, di tricomi a forma di scudo (o meglio, di ombrellone riminese, che rende molto meglio idea e ruolo) come quelli qui a fianco illustrati . In ossequio alla flessibilità del bricolage ed al principio del coltellino svizzero questi tricomi assolvono a più esigenze: ombreggiano l’epidermide sottostante, limitando la traspirazione e la perdita di vapore acqueo dagli stomi (visibili in giallo nella foto); limitano l’effetto asciugante dovuto al vento, grazie alla formazione di un’intercapedine tra la superficie fogliare e l’esterno; riflettono la radiazione solare in eccesso, proteggendo fisicamente la pianta nè più ne meno di come farebbe una bella passata di ossido di zinco sulla pelle di un villeggiante. E per di più, le pareti cellulari dei tricomi d’olivo sono intrise di polifenoli in grado di assorbire i raggi UV-B, sommando quindi la fotoprotezione del filtro fisico e di quello chimico, come nei migliori solari in commercio. In alcune specie desertiche o adattate al pieno sole e non a caso colorate di grigio come Encelia farinosa o l’infestante Atriplex, si calcola che queste coperture pelose garantiscano una riflessione del 60% delle radiazioni, permettendo un’efficienza ottimale ai processi fotosintetici che andrebbero altrimenti “in tilt da sovraccarico fotonico”, come dismostrato ad esempio per due varietà (una glabra, l’altra pubescente) di Digitalis minor. Non sempre la forma è ad ombrello, in quanto lo stesso risultato può essere ottenuto ricorrendo ad un fitto tetto di tricomi lineari o a forma di T, come avviene in Angyroxyphium sandwicense ed in Crisanthemum cinerariifolium. Lo stesso comportamento (ancora una volta, e pluribus unum ma anche ex uno, plures) si nota con convergenza svizzera anche in piante di alta quota che con quelle sopracitate hanno in comune l’adattamento ad habitat semi-aridi per lunghi periodi e l’esposizione ad un eccesso di radiazioni solari. Stella alpina e Lavanda, ad esempio, non hanno quel bel colore verde che ci si aspetta da foglie ricche di clorofilla, ma appaiono quasi riflettenti. Eppure non hanno meno clorofilla di altre piante, ma si sono dotate di un fitto indumento di tricomi svuotati internamente per massimizzare la riflessione dei raggi solari, che agisce a guisa di mantello riflettente. Al tempo stesso -lana fuori e cotone sulla pelle- la copertura non blocca del tutto la traspirazione, consentendo il passaggio di una giusta quantità di gas e vapore acqueo di giorno e l’assorbimento di umidità la notte. Una fitta peluria morbida consente infatti anche di condensare su di sè e trattenere meglio la rugiada mattutina o le goccioline di nebbia d’alta quota, limitando ulteriormente i danni da riscaldamento nelle ore di sole. Sulla lamina inferiore di alcune piante mediterranee come il rosmarino la combinazione di peli secretori e di indumento pubescente permette infine la creazione sull’epidermide di una camera di aria statica satura di terpeni antibatterici ed antifungini, che reprime e minimizza la possibilità di aggressioni microbiche. In assenza dei tricomi ombreggianti e frangivento queste sostanze evaporerebbero velocemente e la pianta dovrebbe spendere molte più energie in biosintesi per riuscire a raggiungere le concentrazioni efficaci.

Come nel caso delle protezioni anti-intrusione, anche questi peli frangivento e “condensavapore” possono differenziarsi per la localizzazione, affollandosi nelle zone di maggior necessità. Qui a fianco, in falsi colori, è raffigurata una cripta stomatica di oleandro, nella quale i tricomi sono concentrati in una zona infossata posta al di sotto della lamina fogliare ospitante uno stoma, ovvero una delle aperture attraverso le quali la foglia scambia ossigeno, anidride carbonica e vapore acqueo con l’esterno. L’oleandro è adattato a climi caldi ed ha bisogno di tenere al fresco queste aperture al fine di minimizzare le perdite d’acqua; condensare il vapore su un fitto intreccio di peli -non a caso incurvati verso il punto di uscita- può aiutare ad abbattere anche in minima parte il surriscaldamento.

La grondaia. Il genere Tillandsia ha trovato invece la sua nicchia in posti sospesi nell’aria . La casa di queste piante è tra i rami d’alberi, fili della luce ed altri luoghi aerei, nei quali le radici stanno a penzoloni e non pescano acqua o nutrimento dal suolo, cosa che ha assicurato loro il nome di epifite ma anche l’epiteto più romantico di “piante d’aria” o “figlie dell’aria” , perchè alla stregua di certi innamorati sembrano prosperare senza nutrirsi. In realtà bevono, come tutte le piante, ma lo fanno in un altro modo: catturando l’umidità dell’aria e convogliandola in punti precisi di assorbimento grazie all’ennesima variazione sul tema del tricoma (della benedetta singola cellula epidermica messa in mano al bricoleur evolutivo ). Un progressivo adattamento di fai-da-te ed ecco che un tricoma assai simile a quello delle Oleacee da scudo protettivo diventa imbuto, con tanto di scanalature atte a sgrondare ogni singola microgocciolina d’acqua piovana o di nebbia e relativi nutrienti disciolti verso il peduncolo centrale, che comunica con gli strati inferiori dell’epidermide.

Ma chi di bricolage ferisce… Uno degli assiomi della biodiversità è che varietà chiama varietà e determina specializzazione. I tricomi, nel loro piccolo, non sfuggono certo a questa legge e nello specifico determinano una rete di relazioni e reazioni che coinvolgono gli insetti (per limitarci ad un campione caro a chi ci ospita a questo giro), inducendo a loro volta lo sviluppo di controrisposte ed adattamenti specifici. Una rapida e parziale panoramica include alcune specie di fitofagi, che hanno adattato la lunghezza dei loro arti in maniera tale da poter infilare le zampette tra un tricoma e l’altro, altre che hanno prodotto al loro volta peli -di cheratina, stavolta- che consentono di galleggiare indenni tra gli aculei vegetali,  altri che hanno gradualmente palestrato i loro bruchi in modo tale da divincolarsi tra le giungle pelose delle foglie. Altre specie di insetti hanno invece riciclato le secrezioni setose che usano per produrre i bozzoli della muta in modo tale da avvolgere le parti appuntite dei tricomi e staccarle a morsi senza farsi male, come avviene nel caso della sopracitata Passiflora e delle farfalle del genere Heliconius. Altre ancora hanno escogitato sistemi di compartimentazione e detossificazione per assorbire le sostanze velenose secrete dai peli ghiandolari per usarle a loro volta come arma di difesa. In altri casi ancora, la relazione si è fatta più complessa all’insegna de “il nemico del mio nemico è un mio amico”. Dicyphus errans ad esempio è un artropode insettivoro che ha sviluppato una serie di adattamenti biomeccanici che lo rendono estremamente efficace negli spostamenti su foglie pelose e pubescenti. Quale migliore alleato può esistere per una pianta assalita da insetti affamati di verdura? Altri insetti ancora, come Gratiana spadicea, hanno lavorato di bricolage su alcune parti delle zampe delle loro larve sino ad adattarle perfettamente al diametro dei tricomi (vedi foto), che sono così passati da ostacolo a supporto della locomozione, da intralcio a vantaggio.

Come rispondono gli assediati? Affinando le armi del bricolage, ovviamente. Facendo a loro volta leva sul bacino della diversità, approfittando del fatto che i loro manufatti pelosi non sono tutti uguali ma sempre diversi e quindi in grado di offrire soluzioni al bricoleur. Tra individui della stessa specie ma anche su una medesima foglia i tricomi hanno difatti un’aspetto generale simile, ma differiscono per lunghezza, diametro, consistenza, forma, distribuzione, concentrazione. Ce ne saranno sempre alcuni più lunghi delle zampe degli insetti, alcuni più duri delle loro mandibole, alcuni dotati di un diametro maggiore alla pinzetta della Gratiana e da quelli il bricoleur partirà per affinare nuove infinite forme e soluzioni, col piglio sartoriale della soluzione su misura. Del resto anche questa è una regola del bricolage e del ready-made rettificato proposto da Itten: per farcela davvero, nessun elemento deve essere prodotto in serie, tutti i pezzi devono essere simili ma differenti in qualcosa e qualunque oggetto è passibile di ulteriore trasformazione, customizzazione, correzione. Perchè solo così la varietà può alimentare il proprio motore, in cui l’uno è multiplo e grazie a molti si raggiunge un risultato comune.

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Per chi non ne avesse abbastanza, la più recente summa del sapere sui tricomi vegetali è fortunatamente di libera consultazione in pdf sul sito di Annals Of Botany: New Approaches for Studying and Exploiting an Old Protuberance, the Plant Trichome. Da lì viene la tabella con le diverse funzioni sino ad ora assegnate ai tricomi. Per i legami tra pressione erbivora e sviluppo di tricomi il riferimento è, sempre in pdf, Leaf trichome formation and plant resistance to herbivory. Per i tricomi secretori, infine, due buoni documenti open access sono Secreting glandular trichomes: more than just hairs e Trichomes and root hairs: natural pesticide factories. Colour Atlas of Plants Structure, assieme a Secretory Structures of Aromatic and Medicinal Plants, e Advances in Botanical Research – Plant Trichomes, sono invece tra i migliori testi per osservare e studiare la varietà dei tricomi vegetali ed hanno fornito alcune delle illustrazioni.

(Photos courtesy of: Esau’s Plant anatomy, EMBO Journal, Boston Globe, Peter v. Sengbusch, Bates College, Daniel Szymanski, Gregg Howe, David Marks, Queen’s University, Inmagine, Martin Hulskamp – Nature reviews, Sherwin Carlquist, Kastuhiro Sumitomo, Alcune foto hanno falsi colori ed in alcuni casi non mi è stato possibile risalire agli autori, me ne scuso ed ove segnalato sono pronto ad aggiungerli.)