Pianta parassita riconosce la sua preda e, forse, ne presta attenzione

Le cuscuta sono piante parassite, "vampiri vegetali", che non hanno foglie né radici. Tuttavia, per trovare le loro prede, possono riconoscerle a distanza e, probabilmente, "prestare attenzione" a loro

[Post originalmente pubblicato il 19 marzo 2021]

Ieri, il 18 marzo di questo 2021 pazzesco, è stato un giorno molto speciale: finalmente, dopo molti mesi di revisione e discussioni molto istruttive con i revisori, è stato pubblicato l'articolo derivato dal mio lavoro di tesi di laurea magistrale! In esso, dimostriamo che la pianta parassita, la bizzarra e quasi aliena cuscuta (Cuscuta racemosa), è in grado di differenziare tra diverse specie di ospiti e cambiare il suo comportamento a seconda di ciò che percepisce! Inoltre, abbiamo notato quella che potrebbe essere la prima evidenza empirica di un processo di attenzione nelle piante. Proprio come hai letto: attenzione. Teoricamente, la pianta starebbe prestando attenzione.

Breve contestualizzazione: il lavoro è stato svolto durante il mio master presso l'Università Federale di Pelotas, nel Programma di Post-Laurea in Fisiologia Vegetale

e nel Laboratorio di Cognizione ed Elettrofisiologia Vegetale, il LACEV. Il lavoro è stato realizzato con la guida del Prof. Dr. Gustavo Maia Souza e la partecipazione di diversi colleghi, fondamentali per il successo di questa ricerca, va detto! Fatta questa premessa, passiamo a ciò che interessa, ovvero la cuscuta.

Questa pianta non possiede foglie né radici, e nemmeno fa fotosintesi (tranne alcune specie, come la nostra Cuscuta racemosa, ma comunque a un tasso molto basso). La pianta sembra un ammasso di filamenti arancioni che crescono su altre piante. Quando lo fanno, le cuscuta trovano un modo per penetrare le loro piante ospiti con strutture chiamate ife, che si connettono ai vasi delle piante ospiti e assorbiscono la loro linfa in un vero vampirismo vegetale. Alcuni studi dimostrarono che la cuscuta sceglie la migliore pianta da parassitare quando ha più di un'opzione e questo ci ha portato a chiederci: se la cuscuta sceglie tra gli ospiti, deve in qualche modo riconoscere la differenza da uno all'altro, e questo riconoscimento deve causare cambiamenti nel suo funzionamento (la sua fisiologia). Quindi, se potessimo osservare cosa sta succedendo all'interno della cuscuta quando percepisce un ospite nelle vicinanze, ci sarebbero differenze nel suo funzionamento a seconda dell'ospite percepito?

La nostra ipotesi era che sì. In particolare, avevamo alcune ipotesi. La prima, che la cuscuta percepisce la presenza di ospiti vicino a lei. Poi, a seconda della presenza e specie dell'ospite, la cuscuta produrrebbe quantità diverse di pigmenti legati alla sua debole fotosintesi. E, poiché lavoriamo con elettrofisiologia, abbiamo ipotizzato che l'attività bioelettrica della cuscuta sarebbe diversa a seconda della presenza e specie dell'ospite vicino a lei.

Per testare le ipotesi, abbiamo realizzato alcuni esperimenti mettendo rami di cuscuta all'interno di una scatola e vicino a uno di due tipi di ospiti diversi: una pianta di fagiolo o una pianta di grano, in uno schema come quello nella figura sottostante.

Schema semplificato dell'esperimento che abbiamo realizzato, tratto dall'articolo

Dopo aver lasciato le cuscuta una settimana in queste condizioni, abbiamo misurato la quantità di pigmenti dei rami. Inoltre, in un altro esperimento, simile a quello della figura, abbiamo fatto un'analisi analoga all'elettroencefalogramma, chiamata elettrofitogramma, in cui abbiamo messo elettrodi nelle piante per monitorare la loro attività bioelettrica in assenza e presenza di ospiti nella scatola. Il risultato è stato che, effettivamente, la cuscuta percepisce quando ci sono ospiti nelle vicinanze e cambia il suo comportamento a seconda del tipo di ospite presente. Per esempio, quando non c'è nessun ospite vicino a lei, la cuscuta ha prodotto più pigmenti legati alla fotosintesi, che abbiamo interpretato come un tentativo di prolungare la sua sopravvivenza attraverso qualche attività fotosintetica. Lo stesso è stato confermato dall'attività bioelettrica, che è diversa quando c'è un ospite nelle vicinanze.

Inoltre, la quantità di pigmenti e l'attività bioelettrica è diversa a secondo il tipo di ospite presente. In altre parole, esiste un modello elettrico associato a ogni tipo di ospite. La presenza del fagiolo causava un effetto sui segnali bioelettrici e la presenza del grano, un altro. In conclusione, la cuscuta riconosce, a distanza, ospiti di specie diverse!

E il più sorprendente è stato un altro risultato inaspettato di questo lavoro: a causa di un certo pattern nel funzionamento dei segnali bioelettrici della cuscuta (vale a dire, i segnali erano meno 'casuali', più organizzati, regolari e prevedibili, oltre a essere più fortemente correlati tra loro), crediamo di aver trovato la prima evidenza empirica di un processo o stato di attenzione in una pianta! Probabilmente, la cuscuta stava prestando attenzione alla sua preda proprio lì, vicino a lei, focalizzandosi su una strategia per attaccarla e rimanendo 'concentrata' su questo.

Un esempio dei diversi pattern bioelettrici prima (A) e dopo (B) che una delle cuscuta fosse esposta a una pianta di fagiolo

È importante fare una precisazione che i nostri risultati non sono ancora un fatto scientifico consolidato. Nonostante l'articolo sia stato pubblicato in una rivista scientifica riconosciuta e revisionato da pari, ovvero è affidabile, esso apre solo la possibilità di studiare processi come l'attenzione nelle piante. Per diventare un fatto universalmente accettato, c'è ancora molto lavoro da fare. Spero che questo articolo inizi a causare una grande discussione nel mondo scientifico, con alcuni che saranno in disaccordo, altri che saranno d'accordo, e spero che ciò incoraggi altri ricercatori a replicare questi esperimenti, o a fare esperimenti simili, per poter poi valutare l'insieme delle evidenze e cercare di raggiungere un consenso. Chissà cosa ne verrà fuori?

Tuttavia, è chiaro che è una ricerca interessante e sono felice che, nonostante le difficoltà e le amarezze che la nostra scienza nazionale ha subito negli ultimi anni e (dis)governi, siamo riusciti a pubblicare in una rivista ad accesso aperto, ovvero chiunque, in qualsiasi parte del mondo, potrà scaricare l'articolo gratuitamente! Nonostante non sia facile pubblicare su riviste del genere, perché è molto costoso e non sempre si ottengono le risorse per farlo, questa volta ci siamo riusciti! Questo è meraviglioso perché la conoscenza scientifica appartiene all'umanità e dovrebbe essere accessibile a tutte le persone.

Senza ulteriori indugi, il lavoro è stato svolto all'Università Federale di Pelotas, insieme al Programma de Post-Laurea in Fisiologia Vegetale, nel LACEV e con la guida del Prof. Dr. Gustavo Maia Souza. Fanno parte dell'articolo, oltre a me e al Prof. Gustavo, Gabriela Niemeyer Reissig, Luis Felipe Basso, Luiz Gustavo Schultz Senko, Thiago Francisco de Carvalho Oliveira, Gabriel Ricardo Aguilera de Toledo e Arlan Silva Ferreira.

Inoltre, chiunque sia interessato a leggere più approfonditamente, può scaricare il lavoro dal sito di Frontiers in Plant Science. Tante grazie e alla prossima!