Asparagi e orchidee sono più simili di quanto pensi

Studiando le pareti cellulari delle piante – che sono per le piante ciò che gli scheletri sono per gli esseri umani – possiamo rivelare la composizione di come sono effettivamente costruite le foglie e gli steli delle piante. Questo è esattamente ciò che ha fatto un team di ricercatori dell’Università di Copenaghen, in un ampio studio completo. In tal modo, hanno creato qualcosa di veramente nuovo: un ampio “catalogo di riferimento” di composizioni di pareti cellulari vegetali di 287 specie, che rappresentano ampiamente l’intero regno vegetale.

“Le piante da fiore sono riuscite ad adattarsi agli ambienti più ostili e difficili del mondo, in parte grazie alla costruzione delle loro pareti cellulari. Forniscono alle piante sia una struttura meccanica che assicurano il trasporto interno dell’acqua. Le pareti cellulari delle piante sono composte di molti carboidrati diversi, ognuno dei quali ha una struttura e una funzione uniche: puoi pensarli come i mattoncini di un giocattolo.” dice la botanica Louise Isager Ahl del Museo di Storia Naturale della Danimarca, e continua:

“Sebbene gli esseri umani facciano molto affidamento sulle piante e sui loro carboidrati per il cibo, i materiali da costruzione, l’abbigliamento e le medicine, la nostra conoscenza della loro struttura fine è ancora piuttosto limitata. Sappiamo che i carboidrati sono alcune delle strutture chimiche più complesse in natura, ma come sono assemblati, come funzionano e come si sono evoluti negli ultimi milioni di anni è ancora in gran parte sconosciuto.”

Analizzando i tessuti delle foglie e degli steli di 287 specie vegetali diverse, i ricercatori hanno studiato la connessione tra i carboidrati vegetali ultracomplessi e la loro storia evolutiva, le forme di crescita e gli habitat. Le specie incluse nello studio rappresentano i rami evolutivi più importanti dell’albero vegetale della vita, dalle alghe alle piante vascolari.

Il patrimonio genetico è più influente dell’ambiente

L’ipotesi dei ricercatori era che la forma di crescita e l’habitat avrebbero influenzato anche la struttura della parete cellulare delle piante. Si aspettavano, ad esempio, di trovare somiglianze nella composizione della parete cellulare tra specie geneticamente distanti ma che vivevano nello stesso ambiente. Questo si è rivelato non essere il caso:

“Ad esempio, in una tipica faggeta danese troverete faggi, anemoni, erbe varie e altre piante. Poiché condividono lo stesso habitat, sarebbe facile pensare che anche la loro costruzione sia simile. Tuttavia, la nostra Le analisi mostrano che la composizione dei carboidrati delle loro pareti cellulari è molto diversa. E quando confrontiamo le composizioni dei carboidrati con la storia familiare, l’habitat e la forma di crescita delle piante, possiamo vedere che è soprattutto la loro storia familiare a determinare le loro strutture individuali”, spiega Louise Isager Ahl.

“La composizione dei carboidrati di una pianta è quindi più strettamente correlata alla sua collocazione nell’albero genealogico che al suo habitat e alla sua forma di crescita. Qui il patrimonio culturale gioca un ruolo più importante dell’ambiente”, aggiunge il professor Peter Ulvskov del Dipartimento di Piante. e Scienze Ambientali.

Viceversa, ciò significa anche che specie che morfologicamente si somigliano o vivono nello stesso tipo di habitat possono essere costruite in modi molto diversi. Un buon esempio di ciò riguarda una coppia di piante grasse studiate dagli scienziati.

“Tra le altre, abbiamo esaminato due specie succulente, la pianta di giada (Crassula ovata) e collana di giada (Peperomia rotundifolia), entrambe sono comuni piante da soggiorno in cui le foglie si assomigliano. Appartengono però a due famiglie diverse e, se consideriamo i loro carboidrati, scopriamo che anche i due stabilimenti sono costruiti in modo molto diverso”, afferma Louise Isager Ahl.

Coltivazione mirata di piante

Gli scienziati sperano che altri utilizzino il loro ampio set di dati, disponibile gratuitamente, insieme al loro articolo recentemente pubblicato sulla rivista Pianta, cellula e ambiente.Il catalogo delle composizioni delle pareti cellulari potrebbe, ad esempio, essere utilizzato come punto di partenza per la selezione mirata di piante coltivate.

“Anche se le pareti cellulari delle piante sono una componente importante nei nostri alimenti, mangimi per animali, tessuti e altri materiali, dobbiamo ancora indirizzare la nostra selezione di piante coltivate per migliorare le loro proprietà delle pareti cellulari. Ad esempio, le pareti cellulari determinano in larga misura misura la digeribilità del materiale vegetale. La selezione mirata delle pareti cellulari potrebbe aumentare sia la qualità che la sostenibilità dei mangimi per animali. Ora esiste un catalogo da cui partire”, afferma Peter Ulvskov.

Inoltre, i ricercatori ritengono che il set di dati sia ideale quando si tratta di ricerca sulle piante resilienti al clima.

“I nostri dati possono essere utilizzati come enciclopedia o database di riferimento per i ricercatori quando, ad esempio, desiderano pianificare uno studio su un gruppo di piante su cui non hanno mai lavorato in precedenza. Ad esempio, se si desidera studiare come le specie vegetali nella foresta pluviale, deserto o brughiera reagiscono agli influssi ambientali come siccità, elevata concentrazione di CO₂ livelli o inondazioni: il set di dati può essere utilizzato come punto di riferimento”, afferma Louise Isager Ahl.

Questo tipo di conoscenza è importante perché i cambiamenti climatici probabilmente cambieranno gli habitat vegetali:

“Tutti i cambiamenti climatici e ambientali che stiamo affrontando mettono a dura prova le piante del pianeta, e quindi anche gli esseri umani. Perché dipendiamo profondamente da come funzionano le piante. Se vogliamo sviluppare piante più resilienti, è importante che noi comprendere i meccanismi attraverso i quali sopravvivono o soccombono. In questo caso, la comprensione dei loro elementi costitutivi, sotto forma di pareti cellulari e carboidrati, gioca un ruolo chiave”, conclude Peter Ulvskov.

SULLO STUDIO

• I ricercatori hanno analizzato i tessuti delle foglie e degli steli di 287 specie vegetali appositamente selezionate. Le specie rappresentano sia i principali rami evolutivi del regno vegetale, ma anche adattamenti a una varietà di habitat. I campioni sono stati esaminati utilizzando il metodo MAPP (microarray poly profiling), che ha fornito composizioni di carboidrati (polisaccaridi) uniche sia per il materiale fogliare che per quello stelo. Questi dati sono stati poi collegati alla storia dello sviluppo delle piante e dei rispettivi habitat.
• I materiali vegetali sono stati raccolti sia in natura, principalmente sull’isola di Zelanda, in Danimarca, sia dalle varie collezioni dell’Università di Copenaghen presso il Museo di Storia Naturale del Giardino Botanico danese, dalle serre universitarie del Campus di Frederiksberg e dall’Arboreto di Hørsholm.