Il Sesto Senso delle Piante che Crescono a Gravità Zero


La sorridente astronauta Karen Nyberg in posa con le piantine di Arabidopsis thaliana per la Plant Gravity Sensing Investigation, durante la Expedition 37. Credit: NASA
La sorridente astronauta Karen Nyberg in posa con le piantine di Arabidopsis thaliana per la Plant Gravity Sensing Investigation, durante la Expedition 37. Credit: NASA

Nonostante sia in dubbio il fatto che le piante possiedano tutti e cinque i sensi umani, non c'è alcun dubbio sul fatto che esse abbiano un senso in comune: quello della gravità, che è stato testato nello spazio. I ricercatori della NASA e della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) condurranno una nuova sessione dello studio Plant Gravity Sensins (Sensibilità alla Gravità della Pianta) dopo l'invio di nuove scorte sulla Stazione Spaziale Internazionale da parte della sesta missione di approvvigionamento SpaceX. Lo scopo prefissato dal team di ricerca è quello di determinare il modo in cui le piante percepiscono la loro direzione di crescita in assenza di gravità: i risultati potrebbero avere implicazioni per un più alto rendimento dei raccolti nell'agricoltura e per la coltivazione di piante per missioni di lunga durata.

Lo studio esamina il processo di formazione cellulare in una specie definita, la Arabidopsis thaliana (arabide comune), una piccola pianta dotata di infiorescenze, e vicina al cavolo; il codice genetico di questa specie è semplice e ben conosciuto dalla comunità di biologi che si occupano del mondo vegetale. Una tale conoscenza porta dunque gli scienziati a riconoscere facilmente i mutamenti risultanti dall'effetto dell'adattamento alla microgravità.

Questi disci di coltura contenenti sia sementi che piantine in medio sviluppo sono stati utilizzati durante l'addestramento degli astronauti presso lo Tsukuba Space Center della JAXA nel marzo 2014, in previsione del Plant Gravity Sensing. Credit:  European Space Agency/S. Corvaja
Questi dischi di coltura contenenti sia sementi che piantine in medio sviluppo sono stati utilizzati durante l'addestramento degli astronauti presso lo Tsukuba Space Center della JAXA nel marzo 2014, in previsione del Plant Gravity Sensing. Credit:
European Space Agency/S. Corvaja

Per esaminare il modo in cui la pianta determina la sua direzione di crescita – il sensore di gravità – in assenza di essa, gli scienziati analizzano in particolare come si comportano le concentrazioni di calcio all'interno delle cellule di piante originariamente cresciute in microgravità e successivamente esposte ad un ambiente con 1g (gravità simile a quella presente sulla Terra). Si è notato che le concentrazioni di calcio sono cambiate in risposta alla temperatura ed all'adattamento alla direzione della gravità terrestre.

“Le piante coltivate nello spazio non hanno vissuto l'esperienza della gravità e della sua direzione, e potrebbero non essere in grado di formare sensori di gravità che rispondano alla specifica direzione dei cambiamenti nell'attrazione gravitazionale” dice Hitoshi Tatsumi, capo ricercatore nell'indagine Plant Gravity Sensing e professore associato presso la Nagoya University del Giappone.

L'immagine A è la foto di un disco di coltura della Arabidopsis thaliana per il Plant Gravity Sensing; la figura B mostra l'emissione di fotoni quando le piantine vengono ruotate ed i livelli del calcio aumentano; infine l'illustrazione C mostra l'apparato utilizzato per ruotare le piantine ed osservare l'emissione dei fotoni. Credit: JAXA/Hitoshi Tatsumi
L'immagine A è la foto di un disco di coltura della Arabidopsis thaliana per il Plant Gravity Sensing; la figura B mostra l'emissione di fotoni quando le piantine vengono ruotate ed i livelli del calcio aumentano; infine l'illustrazione C mostra l'apparato utilizzato per ruotare le piantine ed osservare l'emissione dei fotoni. Credit: JAXA/Hitoshi Tatsumi

I ricercatori hanno utilizzato una centrifuga posta nel Cell Biology Experiment Facility del modulo Kibo, il modulo di sperimentazione giapponese, per monitorare la risposta ai cambiamenti dalla microgravità alla condizione simulata di 1g. Gli studiosi ipotizzano che il processo coinvolga gli amiloplasti, particelle con cui la cellula vegetale immagazzina e sintetizza l'amido per energia, i quali si distribuiscono e si assemblano sotto la spinta della gravità. Una volta che gli amiloplasti si stabiliscono, attivano nelle cellule dei meccanismi tra i quali l'incremento dei livelli di calcio, che formano una struttura molecolare tale da stimolare la pianta a crescere in una direzione piuttosto che in un'altra.

Con l'avanzare degli studi potrebbe essere possibile, migliorando la conoscenza su questi meccanismi, modificarli per poter coltivare piante sane per il consumo in caso di future missioni spaziali più lunghe o anche per adattarle ad altri pianeti.

Giulia Murtas

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