Le piante possono distinguere quando il contatto inizia e finisce.

31 maggio 2023

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dall'Università dello Stato di Washington

Anche senza nervi, le piante riescono a percepire quando qualcosa le tocca e quando si allontana, come ha dimostrato uno studio condotto dall'Università dello Stato di Washington.

In una serie di esperimenti, singole cellule delle piante hanno risposto al tocco di una bacchetta di vetro molto fine inviando lenti onde di segnali di calcio ad altre cellule vegetali e quando quella pressione è stata rilasciata, hanno inviato onde molto più rapide. Mentre gli scienziati sapevano che le piante possono rispondere al tocco, questo studio dimostra che le cellule delle piante inviano segnali diversi quando il tocco viene iniziato e terminato.

"È sorprendente quanto le cellule vegetali siano sensibili, possono discriminare quando qualcosa le sta toccando. Sono in grado di percepire la pressione e quando viene rilasciata, sentono la diminuzione della pressione", ha detto Michael Knoblauch, professore di scienze biologiche presso l'Università dello Stato di Washington e autore principale dello studio pubblicato sulla rivista Nature Plants. "È sorprendente che le piante siano in grado di farlo in modo molto diverso dagli animali, senza le cellule nervose e a un livello molto raffinato".

Knoblauch e i suoi colleghi hanno condotto una serie di 84 esperimenti su 12 piante utilizzando la pianta Arabidopsis thaliana e piante del tabacco che erano state appositamente coltivate per includere i sensori di calcio, una tecnologia relativamente nuova. Dopo aver posizionato pezzi di queste piante sotto il microscopio, hanno applicato un leggero tocco alle singole cellule delle piante con una micro-leva, essenzialmente una bacchetta di vetro molto piccola delle dimensioni di un capello umano. Hanno osservato molte risposte complesse a seconda della forza e della durata del tocco, ma la differenza tra il tocco e la sua rimozione era chiara.

In 30 secondi dal tocco applicato a una cellula, i ricercatori hanno osservato lente onde di ioni di calcio, chiamate calcio citosolico, che viaggiavano da quella cellula attraverso le cellule vegetali adiacenti, durando circa tre o cinque minuti. La rimozione del tocco ha mostrato una serie quasi istantanea di onde più rapide che si sono dissolte entro un minuto.

Gli autori ritengono che queste onde siano dovute al cambiamento di pressione all'interno della cellula. A differenza delle cellule animali con membrane permeabili, le cellule vegetali hanno anche robuste pareti cellulari che non possono essere facilmente superate, quindi solo un leggero tocco aumenterà temporaneamente la pressione in una cellula vegetale.

I ricercatori hanno testato la teoria della pressione meccanicamente inserendo una piccola sonda di pressione a cappillare di vetro all'interno di una cellula della pianta. L'aumento e la diminuzione della pressione all'interno della cellula hanno prodotto onde di calcio simili a quelle elicitate dall'inizio e dalla fine di un tocco.

"Gli esseri umani e gli animali percepiscono il tocco attraverso le cellule sensoriali. Il meccanismo delle piante sembrerebbe essere tramite l'aumento o la diminuzione della pressione interna della cellula", ha detto Knoblauch. "E non importa quale cellula sia. Noi esseri umani possiamo avere bisogno di cellule nervose, ma nelle piante qualsiasi cellula sulla superficie può farlo".

Ricerche precedenti hanno mostrato che quando un parassita come una larva di insetto mordicchia una foglia della pianta, può innescare le risposte di difesa della pianta, come la liberazione di sostanze chimiche che rendono le foglie meno gustose o addirittura tossiche per il parassita. Uno studio precedente ha anche rivelato che spazzolare una pianta attiva le onde di calcio che attivano geni diversi.

Lo studio attuale è stato in grado di differenziare le onde di calcio tra il tocco e la liberazione, ma come esattamente i geni delle piante rispondono a quei segnali dovrebbe ancora essere visto. Con nuove tecnologie come i sensori di calcio utilizzati in questo studio, gli scienziati possono cominciare a sbrogliare quel mistero, ha detto Knoblauch.

"In futuri studi, dobbiamo stimolare il segnale in un modo diverso da quanto fatto finora per sapere quale segnale, se il tocco o la liberazione, innescano eventi a valle", ha detto.

Journal information: Nature Plants

Provided by Washington State University