La geometria degli alberi

Le caratteristiche principali che disciplinano l'architettura delle piante, quali il numero dei rami, il suo posizionamento su tutto il germoglio principale, sono adesso ben compresi.  Gli scienziati hanno a lungo avuto perplessità, invece, su come le piante impostassero e mantenessero l'angolo dei loro rami laterali rispetto alla forza di gravità. Questo  meccanismo è fondamentale per capire la forma delle piante intorno a noi, spiegando come alcune di esse hanno una conformazione ampia e globosa, mentre altre sono più strette e compatte.

Intuizione casuale. Il Dr. Stefan Kepinski,  docente presso l'Università di Leeds alla  “Facoltà di Scienze Biologiche” e autore principale di un articolo sulla rivista Current Biology , è riuscito ad arrivare in fondo a questo mistero, seguendo  un’ intuizione avuta durante un viaggio in treno. Guardando fuori dal finestrino, infatti, fu colpito dal modo in cui noi riconosciamo gli alberi e le altre specie di piante da lontano; un modo ampiamente influenzato dall’ angolo con cui i loro rami crescono. Questi angoli caratteristici sono intorno a noi e la stessa cosa accade con le radici nel sottosuolo; Varietà diverse all'interno della stessa specie hanno spesso architetture ben distinte tra loro che sono determinati, in special modo,  per l’incremento dell’ angolo di crescita delle radici laterali.

Questione di gravità. L' apparentemente semplice puzzle di come una pianta imposta e gestisce la propria architettura, è complicato dal fatto che l'angolo delle radici e dei germogli dei rami di solito non è impostato rispetto alla radice principale o al fusto da cui crescono, ma segue la  gravità. Se una pianta è messa su un lato, i rami inizieranno una fase di crescita e di piegatura , nota come gravitropismo, che li riorienterà verso il loro angolo originale di crescita.
Nel caso della radice principale o del fusto, i quali crescono eretti, il meccanismo è ben compreso: cellule sensoriali di gravità, chiamate statociti, rilevano che l'impianto è stato inclinato, inducendo un aumento della circolazione di un ormone di regolazione della crescita (Auxina), guidando la crescita verso l'alto nei germogli e verso il basso nella radice. Una volta ripristinata nuovamente la  crescita verticale, queste cellule regolano l'invio di Auxina da un lato rispetto all'altro, interrompendo anche le soste di crescita e di flessione.

Compensazione gravitazionale. L' enigma per i ricercatori era costituito dal fatto che molti degli angoli formati dai rami e dall’architettura delle radici erano  curvati per gravità, piuttosto che essere completamente eretti. Gli scienziati non hanno capito come le piante sono  in grado di impostare, in relazione alla gravità, la particolare angolazione non verticale di crescita per i loro rami nota come "gravitropic setpoint angle" che determina la loro architettura .
Successivamente è stato scoperto che un altro componente di crescita l’“anti-gravitropic offset”, contrasta il normale geotropismo. Questo meccanismo di compensazione sostiene la crescita sull'altro lato di un ramo e impedisce che  venga spostato oltre un certo angolo rispetto alla verticale. Questa crescita di compensazione è influenzata proprio dall’ Auxina I rami che crescono vicino alla verticale hanno una debole “anti-gravitropic offset” , al contrario di quelli che crescono più esternamente, formanti angoli poco accentuati e più lontani dalla verticale.
Bilanciamento ormonico. Usando le testuali parole del Dr. Kepinski , possiamo paragonare questo concetto “al modo in cui si guida un carro armato o un piroscafo. Se si vuole andare in una direzione, si accelera da quella parte, o si vira dal lato opposto. Se ci vogliamo raddrizzare, bilanceremo la velocità,  nel nostro caso la “velocità di crescita” su entrambi i lati del ramo.” In un ramo non verticale, l’“anti-gravitropic offset”  è costante, mentre la gravità di crescita reattiva aumenta in ampiezza a seconda di quanto il ramo è lontano dalla verticale, generando un sistema per il mantenimento di tutta una serie di angolazioni. I ricercatori di Leeds hanno dimostrato, quindi, la presenza dello scostamento usando un clinostato, uno strumento che  ha la funzione di ruotare lentamente una pianta che cresce su un lato, in modo tale da farle riacquisire un riferimento stabile di gravità, permettendo ai ricercatori di monitorare il meccanismo di correzione anti-gravitropica,  senza il verificarsi di una opposizione da parte di una risposta gravitropica coordinata. In queste condizioni è stato osservato che le radici laterali vengono orientate evidenziando una curvatura di crescita verso l'esterno, lontano dalla radice principale, e una ripresa che sarebbe normalmente mascherata dall’aumentare delle interazioni con la forza di gravità.

Importanza per la nutrizione. L'angolo di crescita dei rami e delle radici è un adattamento estremamente importante perché determina la capacità dell'impianto di catturare risorse sia sopra che sotto terra. A seconda del tipo di terreno su cui si trova una pianta, potrebbe essere necessario per un maggior approvvigionamento di nutrienti, affondare le radici più in profondità. Allo stesso modo, al momento della  ripresa vegetativa, può trarre vantaggio dall’ avere più rami spioventi, evitando così l’ombreggiatura delle piante vicine. Fino a ora, nessuno sapeva come gli angoli, cui si fa riferimento alla forza di gravità come in questo caso, fossero stati creati e mantenuti.

Il team di ricercatori dell’università di Leeds ha utilizzato, per i loro esperimenti,  piante di Arabidopsis thaliana, così come le piante di piselli, fagioli e riso, osservando gli stessi risultati. Il Dr. Kepinski si aspetta che lo stesso meccanismo possa essere osservato anche nelle piante più grandi e in giovani piantine. Nei vecchi alberi, i meccanismi di guida in risposta alla gravità e di crescita sensibile nei tessuti legnosi sono diversi da quelli presenti nelle piante non legnose, tuttavia si possono applicare gli stessi principi generali .