Autunno vegetale

© Vittoria Amati

Il Foliage degli alberi ci catapulta subito nella nuova stagione. Diverse tonalità di rosso e giallo riscaldano il paesaggio che va incontro a giornate sempre più brevi e fredde. Siamo in autunno. Ma tutte le piante cambiano il colore delle foglie prima di perderle? Perché lo fanno? È l’unico modo che hanno per prepararsi all’inverno? Vi siete mai fatti queste domande? Ebbene, c’è tanto da dire e qualcosa da premettere.

La relativa immobilità delle piante le costringe ad adattarsi o morire in un determinato ambiente. Questo vuol dire che la distribuzione geografica dei vegetali è strettamente legata alle condizioni ambientali. La natura ha selezionato le specie adatte ad ogni regione climatica in funzione dell’habitus o della loro fisiologia (caratteristiche non visibili esternamente), fino a costituire dei precisi raggruppamenti fitogeografici. Non si parla, quindi, di una distribuzione casuale delle piante nel mondo o nei vari tipi di ambienti, bensì del risultato di una selezione avvenuta in lunghi periodi di adattamenti.

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Alcune piante prosperano in condizioni climatiche ottimali, altre si sono dovute adattare a situazioni estreme ed altre ancora, quelle che vivono nei climi temperati come il nostro, sono addirittura in grado di modificare il proprio ciclo vitale in funzione della variabilità climatica stagionale. Se superare l’inverno vi è sembrata essere un’enorme difficoltà per molti animali, provate a immaginare cosa significa per un organismo fisso al suolo (https://www.imperialbulldog.com/2018/09/27/autunno-animale/ ). Anche se non possono migrare, le piante hanno perfezionato tecniche di sopravvivenza davvero ai limiti del reale, tutte riconducibili ad un’unica, la vita latente. L’attivazione di questa difesa è possibile solo grazie all’autunno, ovvero il periodo di graduale abbassamento delle temperature che precede l’inizio del vero freddo. Ovviamente, quando si parla di sopravvivenza della specie, si intende in termini evoluzionistici, ovvero non dell’individuo, ma della successiva generazione. Per chiarire meglio questo concetto è necessario fare degli esempi; cominciamo, quindi, col differenziare le piante ed elencarne le tecniche di conservazione che adottano in autunno.

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Le piante annuali, come dice stesso la parola, si sviluppano, si riproducono e muoiono in un solo anno. La maggior parte delle piante erbacee appartiene a questa categoria e la loro strategia vincente consiste nella produzione del seme, ovvero della successiva generazione, prima del periodo critico, l’inverno. Entro fine autunno, quindi, non solo l’apparato epigeo, ma tutto il cormo muore e affida il suo patrimonio genetico ad un corpo riproduttivo ben protetto e capace di sopravvivere a periodi sfavorevoli in uno stato di quiescenza. Questa fase rallentata è considerata l’equivalente del letargo animale poiché l’embrione, ben protetto all’interno del seme, riduce il suo metabolismo fino al minimo vitale per affrontare la mancanza di risorse. Ancora una volta, però, è indispensabile la preparazione a queste condizioni estreme che avviene proprio in autunno. Alla fine del suo sviluppo e dell’accumulo delle sostanze di riserva necessarie, il seme va incontro ad un processo di disidratazione che, al suo termine (maturità) non supera il 10-15% di acqua interna totale. È proprio questa perdita di liquidi a indurre il calo metabolico e a conferire maggiore resistenza a condizioni ambientali altrimenti dannose (rottura del seme per congelamento dei liquidi interni). La germinazione per reidratazione si innesca grazie a speciali sensori biologici che percepiscono l’andamento stagionale e misurano tempi e durata delle stagioni in quell’ambiente (fotoperiodismo); non basterà, quindi, una bella giornata invernale a risvegliare un seme dormiente. Un record incredibile di sopravvivenza lo detiene il seme di una pianta simile all’attuale Silene che, trovato in una tana di Scoiattolo artico nella tundra della Siberia nord-orientale, è germogliato dopo 32.000 anni di quiescenza. La scoperta dei ricercatori dell’Accademia delle scienze della Russia di Pushchino, vicino Mosca, è stata pubblicata sulla rivista scientifica PNAS, e attesta questa pianta come la più antica ritrovata vitale. E tutte le piante meno evolute, che non sono dotate di seme, come fanno a sopravvivere? Numerose Crittogame trascorrono la loro versione di quiescenza in forma di spore, sclerozi, telutospore ed altre cellule o organi ricchi di sostanze di riserva e molto resistenti ai fattori fisici avversi.

Le piante biennali utilizzano la stessa tecnica delle piante annuali, ma avendo l’ostacolo di un inverno a cui sopravvivere, devono entrare in una fase di vita latente per ben due volte. Nelle carote ed altri ortaggi, per esempio, sono solo gli organi ipogei di riserva a sopravvivere al primo inverno in uno stato di quiescenza; nel secondo anno di vita, quello riproduttivo, la pianta potrà generare dei semi che, dopo la quiescenza invernale, daranno vita alla successiva generazione.

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Le piante perenni sempreverdi, principalmente legnose, non perdono mai le foglie, ma hanno sviluppato una serie di adattamenti perenni e/o stagionali che permettono loro di sopravvivere ai rigidi inverni. Nei mesi autunnali vi è un’esposizione graduale alle basse temperature che permette un’adeguata acclimatazione, innescata dal fototropismo e indispensabile per poter affrontare il freddo vero e proprio. Con l’accorciamento delle giornate, quindi, le piante legnose indurranno l’arresto della crescita (attività meristematica) per risparmiare energie e risorse, svuoteranno i vasi xilematici per evitare che si spacchi il fusto per congelamento dei liquidi (l’acqua allo stato solido ha un volume maggiore) ed innescheranno cambiamenti cellulari volti a proteggere l’integrità delle membrane cellulari e ad incrementare l’accumulo di sostanze crioprotettive. La stabilità della membrana cellulare, per esempio, dipende dalla proporzione di acidi grassi insaturi/saturi che la compongono, rendendola più o meno fluida. Poiché in condizioni di bassa temperatura è importante che sia più fluida (cioè meno soggetta a rottura da congelamento), le cellule produrranno una maggiore quantità di acidi grassi insaturi. Seguirà un potenziamento della sintesi di antiossidanti ed un aumento nei vacuoli cellulari di zuccheri e osmoliti crioprotettivi per permettere alla pianta di superare il periodo di disidratazione associato alle basse temperature. Terminati tutti questi processi, le piante saranno in grado di entrare in fase di dormienza e resistere a temperature anche inferiori a -40° C, come la Cochlearia fenestrata, pianta tipica della Siberia settentrionale, che è in grado di sopravvivere fino a -46°C. Tra gli “antigelo” più conosciuti troviamo sicuramente la resina delle Conifere, ma queste piante hanno anche altri meccanismi di sopravvivenza ormai rappresentativi del loro habitus. Le loro foglie sono aghi sottili per ridurre al minimo la superficie esposta e presentano una superficie notevolmente cutinizzata, per ridurre la perdita di liquidi con la traspirazione fogliare. Poiché la crescita delle piante è conseguenza dell’attività fotosintetica, la quale, a sua volta, è funzionale allo sviluppo degli apparati fogliari, tutte le resinose crescono molto lentamente. Un adattamento apparentemente svantaggioso, ma in realtà è di vitale importanza poiché, in ambienti freddi, la sopravvivenza dipende dalla capacità di limitare la perdita di acqua.

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Ho lasciato alla fine il simbolo dell’autunno, ovvero le piante perenni caducifoglie, un quarto delle quali ci regala lo spettacolo del foliage. La maggior parte delle caducifoglie, infatti, schiarisce gradualmente le foglie fino a perderle, mentre altre sono in grado di far virare il colore dal verde al giallo o arancione, fino al rosso, porpora o marrone. La colorazione delle foglie dipende dai pigmenti in esse contenuti; il verde è dato dalla clorofilla che, normalmente presente in grandi quantità, maschera il rosso e il giallo dei pigmenti antiossidanti e fotoprotettivi come antociani e carotenoidi. Quando, con l’arrivo del freddo, le foglie riducono la loro attività fotosintetica, viene meno il colore verde della clorofilla e spuntano i colori caldi dei pigmenti secondari. La caduta delle foglie rappresenta una difesa preventiva che ottimizza l’impiego delle energie della pianta. Una serie di operazioni di recupero precedono l’abscissione fogliare, ovvero, gran parte dei nutrienti vengono demoliti in composti più semplici e trasferiti nelle radici come riserva utile al risveglio primaverile. Prima di entrare in uno stato di dormienza, le caducifoglie sviluppano anche una serie di involucri (perule) a protezione delle gemme; queste possono consistere in rivestimenti pelosi, di sughero, in secrezioni di gomme, resine o mucillagini. Abbiamo quindi il più completo insieme di strategie adattative che vanno dalla riduzione delle attività meristematiche alla perdita fogliare, dalla riduzione degli scambi gassosi alla protezione delle gemme ed anche all’accumulo di sostanze di riserva. Le meraviglie della vita latente dei vegetali sono da lasciare senza parole, ma ricordate che sono attuabili solo a condizione che ci sia la fase di acclimatazione autunnale.

Un’ultima incredibile notizia ci arriva dai ricercatori dell’Ateneo di Pisa che hanno trovato la prima pianta capace di vero letargo, ovvero un’erbacea (Festuca arundinacea) che, perfettamente idratata, “è in grado di resistere a lungo in condizioni di totale affamamento, al buio, e quindi non in grado di produrre energia tramite la fotosintesi, e al freddo intenso”. Il Dipartimento Agro-ambientale condurrà ulteriori studi in questa direzione per cercare di trovare delle applicazioni utili al miglioramento genetico delle colture agrarie. La natura è quindi una continua fonte di ispirazione. E voi? Come vi state preparando all’inverno?

© Vittoria Amati

 

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