Le piante ‘decidono’ quando germogliare

Negli embrioni delle piante esiste un meccanismo decisionale, un sistema che stabilisce quando sia opportuno che un seme debba germogliare.

Questa ‘decisione’ della pianta, ritenuta molto affine ad un processo che avviene nel nostro cervello, è una delle più importanti che l’organismo può prendere nel corso della sua esistenza.

Se, infatti, la pianta ‘decidesse’ di germogliare troppo precocemente, potrebbe venir danneggiata da condizioni invernali rigide. Se invece fosse presa troppo tardivamente, altre piante competitrici potrebbero prendere il sopravvento.

Un bel dilemma, quindi!

Ricostruzione digitale di embrione vegetale in cui viene mostrata l’ubicazione del sistema decisionale della pianta (credit:Università di Birmingham)

In uno studio, pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), gli scienziati dell’Università di Birmingham hanno dimostrato che la ‘decisione’ risultante dal compromesso tra la velocità e la precisione è controllata da un gruppo di cellule situato all’interno dell’embrione della pianta, che agisce, sotto certi aspetti, in un modo molto simile al cervello umano.

Gli studiosi hanno dimostrato che il ‘centro decisionale’ di una pianta chiamata Arabidopsis thaliana, particolarmente indicata per esperimenti genetici, contiene due tipi di cellule, uno che presiede alla dormienza del seme e l’altro che ne favorisce la germinazione.

Questi due gruppi di cellule comunicano tra loro attraverso ormoni, un meccanismo analogo a quello impiegato dai nostri cervelli quando prendiamo la decisione di muoverci, di agire per fare qualcosa.

Gli scienziati hanno utilizzato la modellazione matematica per dimostrare che la comunicazione tra elementi separati regola la sensibilità della pianta all’ambiente.

Seguendo questa ipotesi hanno usato una pianta mutante, un organismo modello tipico e adatto alle sperimentazioni genetiche, dimostrando che la decisione di germinare dipende in primo luogo da uno scambio di informazioni tra le cellule di ciascun gruppo e quindi da scambi  di informazioni tra le cellule dei due gruppi, proprio come se si trattasse di due circuiti cerebrali separati.

L’autore principale dello studio, professor George Bassel, della School of Biosciences presso l’Università di Birmingham, ha dichiarato: ‘Il nostro lavoro rivela una separazione cruciale tra i componenti all’interno del centro decisionale di una pianta. Si ritiene che nel cervello umano questa separazione serva ad introdurre un intervallo di tempo che possa attutire i segnali di disturbo provenienti dall’ambiente e aumentare quindi l’accuratezza con cui noi si possa prendere una decisione”.

“La separazione di queste parti nel ‘cervello’ di un seme appare essenziale anche per il modo in cui funziona”.

Iain Johnston, bio-matematico presso lo stesso Ateneo, coinvolto nello studio, aggiunge:

“La separazione degli elementi consente una vasta gamma di risposte agli stimoli ambientali.

E’ come paragonare la differenza tra leggere per quattro volte la stessa identica critica di un film e leggere quattro diverse opinioni di altrettanti critici prima di andare a vedere un film”.

La teoria matematica che descrive la funzione del cervello prevede che più semi germinino quando siano esposti ad ambienti variabili – ad esempio a seguito di oscillazioni delle temperature – rispetto agli ambienti costanti, dove le temperature si mantengano costanti.

Gli scienziati hanno sperimentato questa teoria in laboratorio e hanno riscontrato esattamente questo comportamento.

“Il nostro lavoro ha importanti implicazioni per capire come crescono le colture e le erbacce”, aggiunge Bassel. “Ora è possibile applicare questa conoscenza alle piante commerciali per migliorare e sincronizzarne la loro germinazione, aumentando quindi i rendimenti delle colture e diminuendo di conseguenza l’uso degli erbicidi”.