Un albero può raddrizzare il proprio tronco anche quando non riesce a percepire né la direzione della luce né quella della gravità: a guidarlo è la capacità di «sentire» la propria curvatura. Un esperimento sui pioppi ha mostrato che il legno può agire come un muscolo, correggendo la postura della pianta senza l’intervento di un sistema nervoso centrale.
Perché gli alberi mantengono il tronco diritto
La forma verticale è vantaggiosa per gli alberi: permette di raggiungere la luce più rapidamente, soprattutto nei boschi dove le piante competono per ottenerla, e riduce sia la flessione dovuta al peso sia il rischio di spezzarsi sotto il vento. Ma mantenerla non è scontato. Tempeste e frane possono inclinare o abbattere un albero; la caduta di una pianta vicina, invece, può aprire un varco da cui entra la luce e spingere gli alberi circostanti a piegarsi verso di essa. Senza meccanismi di correzione, queste sollecitazioni potrebbero rendere i tronchi contorti.
La capacità di adattare la postura è particolarmente importante mentre gli eventi estremi diventano più frequenti: gli alberi devono affrontare raffiche violente, terreni meno stabili e frane provocate da piogge intense. Nel corso dell’evoluzione, le piante hanno sviluppato diversi modi per percepire l’ambiente e reagire. Rilevano la luce grazie a specifici fotorecettori, in un processo chiamato fotopercezione, e individuano la direzione della gravità attraverso la gravipercezione.
Come le piante percepiscono la gravità e la curvatura
Nei fusti, alcune cellule specializzate contengono statoliti, grossi granuli di amido che si depositano sul fondo per effetto della gravità e indicano alla pianta dov’è il basso. Il meccanismo ricorda quello degli otoliti, i piccoli sassolini dell’orecchio interno che contribuiscono al nostro equilibrio. C’è però una differenza: gli otoliti umani sono sensibili anche alle accelerazioni, motivo per cui le giostre possono far girare la testa; gli statoliti vegetali segnalano invece l’inclinazione del fusto. Si trovano infatti in un ambiente cellulare viscoso, che attenua gli effetti delle accelerazioni.
Nel 2013, il gruppo di ricerca degli autori ha dimostrato che le piante percepiscono anche la propria curvatura, attraverso la propriocezione, benché il processo alla base di questa capacità non sia ancora noto. In risposta a ciò che percepisce, un albero può modificare attivamente la forma del tronco. Dagli anni Cinquanta si sa che il legno non serve soltanto a sostenere la pianta come uno scheletro: può funzionare anche da muscolo.
Il legno di tensione come muscolo vegetale
Nelle specie a foglia larga, questo «legno-muscolo» è chiamato legno di tensione e si forma sul lato superiore di un fusto inclinato. Contraendosi, le nuove fibre contribuiscono a incurvare gradualmente il tronco, nell’arco di settimane o anni; più il tronco è spesso, più fibre occorrono. La tensione accumulata in grandi quantità di questo legno è un problema per i segantini: durante l’abbattimento può causare spaccature e, dopo il taglio, deformazioni.
I ricercatori si sono chiesti se il legno di tensione potesse svolgere anche la funzione opposta, raddrizzando il tronco in risposta alla propriocezione. L’ipotesi era che si formasse sul lato opposto alla curvatura, creando due zone capaci di agire in successione come muscoli antagonisti: un sistema paragonabile ai muscoli della schiena e dell’addome, che ci aiutano a stare dritti.
L’esperimento sui giovani pioppi
Per isolare la propriocezione dalle altre percezioni, in particolare da quella della luce e della gravità, il gruppo ha messo a punto un esperimento con giovani pioppi. Le piante sono state collocate in sfere del diametro di 1,5 metri, illuminate contemporaneamente da tutte le direzioni. In questo modo potevano continuare a usare la luce per la fotosintesi, ma non ricevevano indicazioni su quale direzione seguire per crescere.
Per eliminare anche la percezione della gravità, le sfere sono state abbinate a un clinostato, un dispositivo già esistente montato su una base che ruota attorno a un asse orizzontale, a una velocità compresa tra uno e due giri al minuto. La rotazione orienta alternativamente gli organi della pianta verso l’alto e verso il basso. Gli statoliti restano così sospesi nelle cellule e si distribuiscono in modo casuale, impedendo alla pianta di distinguere l’alto dal basso.
All’inizio, ciascun pioppo è stato disposto orizzontalmente nella sfera, mentre il clinostato era fermo. Senza che la luce influenzasse la crescita, la pianta percepiva la propria inclinazione rispetto alla gravità e si incurvava verso l’alto, come previsto. Dopo circa dieci giorni la curvatura era ben visibile. A quel punto i ricercatori hanno avviato il clinostato, annullando la percezione della gravità. Rimasta come unico riferimento la propriocezione, nelle settimane successive la pianta ha raddrizzato gradualmente il tronco, fino a renderlo rettilineo.
Il legno di tensione cambia lato
Al termine dell’esperimento, il gruppo ha esaminato sezioni trasversali dei tronchi e le ha trattate con una colorazione specifica per individuare il legno di tensione. Poiché il legno si deposita in strati successivi, la posizione delle cellule rispetto al centro del tronco permette di stimare quando si sono formate. Nella prima fase, con il clinostato fermo, il legno di tensione era comparso sul lato superiore e aveva consentito al tronco di incurvarsi verso l’alto. Quando il dispositivo è stato attivato, la produzione su quel lato si è interrotta e il legno di tensione ha cominciato a formarsi sul lato opposto, come previsto.
Per gli autori, il risultato dimostra che il raddrizzamento è stato prodotto dal legno di tensione in risposta alla propriocezione, con una funzione simile a quella di un muscolo antagonista negli animali. La ricerca ha così individuato nelle piante un circuito sensomotorio di controllo della postura, una capacità che si riteneva propria soltanto degli animali.
Le implicazioni per gli alberi e la qualità del legno
In natura, le diverse percezioni si combinano in proporzioni variabili. L’albero integra i segnali e reagisce di conseguenza, producendo legno di tensione quando serve e nel punto giusto. I ricercatori hanno inoltre trovato zone opposte di questo legno anche in alberi non sottoposti al clinostato: potrebbero essere state trascurate in studi precedenti, perché considerate anomalie senza significato.
Gli alberi, dunque, adattano continuamente la propria postura senza un sistema nervoso centrale. La capacità di mantenere un tronco diritto è importante anche per le attività umane: consente di ottenere legno omogeneo, utile per l’edilizia e la produzione di mobili. Per molto tempo, gli studi sulla qualità del legno hanno cercato di selezionare alberi che producessero pochissimo legno di tensione. Secondo i risultati del gruppo, era un approccio sbagliato: per ottenere tronchi rettilinei senza ampie zone di questo legno servono piante che uniscano una buona sensibilità propriocettiva alla capacità di produrre legno di tensione, così da correggere la postura in modo rapido ed efficace.
Finanziamento e autori della ricerca
Il progetto ha ricevuto il sostegno dell’Agenzia nazionale della ricerca francese (ANR), che finanzia la ricerca basata su progetti. Il finanziamento rientra nel programma «Percezione della gravità nelle piante: dalla cellula alla risposta biomeccanica» (GRAP2 ANR-13-BSV5-0005). L’ANR sostiene e promuove la ricerca fondamentale e applicata in tutte le discipline e il dialogo tra scienza e società.
Gli autori sono Félix Hartmann, ingegnere di ricerca in modellizzazione della crescita delle piante all’Inrae; Bruno Moulia, direttore di ricerca in biomeccanica e meccanobiologia vegetale all’Inrae; e Mélanie Decourteix, docente di biologia vegetale all’Università Clermont Auvergne (UCA).
