La vita segreta delle piante raccontata dai pori delle foglie

Un progetto di ricerca finanziato dall’UE è destinato a causare una riconsiderazione del modo in cui le piante rilasciano il vapore acqueo nell’atmosfera in un processo detto traspirazione. Lo studio, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences, ha implicazioni per campi diversi come le previsioni meteorologiche, i cambiamenti climatici, l’agricoltura e l’idrologia.

Il sostegno dell’UE a questo lavoro proveniva dal progetto LIFT (“Laser-induced fluorescence transient: a remote sensing approach to scale and quantify photosynthetic light use efficiency in ecosystems”), una Borsa internazionale Marie Curie per un soggiorno all’estero triennale che ha ricevuto 250.000 euro dal Sesto programma quadro (6? PQ).

Le foglie delle piante sono punteggiate da piccolissimi pori a forma di labbra chiamati stomi, attraverso di essi le piante rilasciano vapore acqueo nell’atmosfera. Questo processo rinfrensca e uminidifica l’atmosfera sopra la vegetazione, incide sul clima e influenza le precipitazioni. Inoltre, il biossido di carbonio (CO2) che le piante usano per la fotosintesi viene assorbito dalla foglia attraverso gli stomi. Le piante inoltre sono in grado di alterare le dimensioni dei loro stomi per regolare la quantità di CO2 assorbita e il rilascio di vapore acqueo. Gli stomi hanno un forte impatto sulla produttività della pianta, sui cambiamenti climatici e sul ciclo dell’acqua.

Definire i meccanismi che controllano le dimensioni degli stomi si è però rivelato difficile. Di conseguenza, le descrizioni delle reazioni degli stomi usati nei modelli computerizzati dei cambiamenti climatici sono piuttosto imprecise.

“Gli scienziati studiano gli stomi da almeno 300 anni,” ha commentato Joseph Berry del Carnegie Institution negli Stati Uniti. “È pazzesco che non siamo riusciti ad acquisire una buona conoscenza dei meccanismi regolatori che controllano quanto gli stomi si aprono o si chiudono in risposta a un ambiente che cambia continuamente.”

Il problema sta in parte nel fatto che il controllo della traspirazione si verifica sulla base di una vasta gamma di fattori, dalla turbolenza atmosferica fino ai canali nelle membrane delle cellule che formano i pori stomatali.

La questione è ulteriormente complicata dal fatto che viene studiata da due discipline separate che tradizionalmente hanno approcci molto diversi verso il problema. I metereologi hanno adottato un approccio dall’alto in basso, studiando la quantità di energia necessaria per supportare l’evaporazione di acqua, per esempio. Mentre i fisiologi hanno avuto la tendenza a concentrarsi sui sistemi sensoriali e sui movimenti che controllano l’apertura stomatale.

Fino a questo momento, gli scienziati credevano che le cellule di guardia intorno agli stomi regolassero le dimensioni del poro a seconda della luce e di altri segnali ambientali. Questa ricerca, condotta da scienziati in Germania e negli Stati Uniti rivela però che è l’energia assorbita dai pigmenti e l’acqua dentro la foglia che determina il tasso di perdita di acqua dagli stomi.

Gli esperimenti del team dimostrano che l’epidermine della foglia è molto sensibile alla differenza tra il ritmo di traspirazione e quello di produzione di vapore acqueo dentro la foglia.

“Questo significa che il modello attuale riguardo cosa spinge gli stomi a cambiare le loro dimensioni deve cambiare,” ha commentato il Marie Curie Fellow Roland Pieruschka del Carnegie Institution (attualmente presso il Centro di ricerca Jülich in Germania). “Per molto tempo i ricercatori hanno creduto che il calore del sole, che viene assorbito dai pigmenti, si spostasse da una cellula all’altra fino a raggiungere le cavità al di sotto degli stomi dove si pensava che avvenisse l’evaporazione. Questo succede probabilmente in parte, ma i risultati presentati qui sono più coerenti con la nostra ipotesi secondo la quale gran parte di questo calore viene trasferita attraverso spazi di aria dentro la foglia saturata di vapore acqueo.”

Per maggiori informazioni, visitare:

Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS):
http://www.pnas.org/

Carnegie Institution for Science:
http://carnegiescience.edu/

Forschungszentrum Jülich
http://www.fz-juelich.de/portal/