Alla fine dell’inverno, le piante iniziano a risvegliarsi da un lungo sonno. Questo fenomeno si manifesta con l’emergere di nuove gemme e boccioli, in un’immancabile risposta delle piante all’arrivo della Primavera. Ma come fanno le piante a percepire il cambio stagionale? Due nuovi studi, pubblicati di recente sulle riviste Science e Molecular Systems Biology, hanno dimostrato che nella pianta Arabidopsis il gene TOC1 sarebbe uno dei principali responsabili dei ritmi circadiani.

 

In numerosi organismi, molte funzioni fisiologiche avvengono sulla base di cicli di circa ventiquattro ore, chiamati ritmi circadiani. Il termine deriva dal latino circa diem, che letteralmente significa «intorno al giorno» Questi cicli di circa ventiquattro ore sono stati descritti nei mammiferi (uomo compreso), in molti animali e persino nelle piante: si tratta una una specie di orologio interno che permette all’organismo di adattare le proprie funzioni biologiche in funzione dei cicli di luce e buio, dell’alternarsi delle stagioni o dell’assunzione di alimenti. La fisiologia del ritmo circadiano è stata studiata soprattutto nei mammiferi e gli effetti sono tra i più svariati: dalla regolazione del ritmo sonno/veglia, del metabolismo o delle risposte immunitarie. Alla base del ritmo circadiano vi è una sorta di orologio molecolare interno alle nostre cellule: il funzionamento di questo orologio dipende, a sua volta, dall’azione di geni che vengono attivati o spenti a seconda degli stimoli provenienti dall’ambiente (luce, buio, nutrienti, etc.). Anche nelle piante l’alternarsi di ore luce e di buio, così come il susseguirsi delle stagioni, ha effetti che l’occhio esperto degli agricoltori sa cogliere dalla notte dei tempi. Paradossalmente, però, i meccanismi molecolari che ne sono alla base sono ancora in gran parte sconosciuti.
 

In modo simile a quanto avviene per il ritmo circadiano dei mammiferi, anche nelle piante si alternano in modo ciclico diversi stati funzionali, che dipendono in gran parte dall’alternarsi del giorno e della notte. Fino ad oggi si pensava che il gene TOC1 entrasse in gioco nel risveglio mattutino delle piante, ma i risultati di entrambi gli studi concordano nello sfatare questa convinzione e sottolineano il ruolo di TOC1 nel regolare la fase notturna del ciclo circadiano. Partecipando ad una rete funzionale cui affluiscono ben dodici geni diversi, TOC1 consentirebbe alle piante di entrare in uno stato di «dormienza» durante le ore buie della giornata.

 

Questa scoperta non solo aiuta a chiarire i meccanismi molecolari – ancora poco conosciuti – che controllano l’alternanza di cicli funzionali nelle piante, ma potrebbe aiutare a capire meglio anche quali fenomeni ambientali influiscono, ad esempio, sui ritmi di crescita delle piante o sulla loro capacità di percepire i cambiamenti dell’ambiente circostante. Proprio su quest’ultimo interrogativo è stata più volte richiamata l’attenzione dei ricercatori negli ultimi anni: un ambiente in continuo cambiamento, infatti, non è solo la conseguenza dell’alternarsi delle stagioni, ma è anche il prodotto di significativi cambiamenti climatici. La domanda è: le piante saranno in grado di adattarsi a questi cambiamenti? Se sì, quanto veloce sarà il processo di adattamento e come influirà sul loro tasso di crescita?

 

Il quesito non riguarda solo chi è preoccupato dell’equilibrio del nostro ecosistema, di cui le piante sono parte integrante. Colture quali grano, mais sono nutrienti fondamentali non solo per l’uomo, ma anche per il bestiame destinato all’alimentazione umana. Se il fluttuare delle temperature dovesse compromettere il normale ciclo di vita di piante, anche l’uomo finirebbe per risentirne gli effetti in breve tempo. Capire quali meccanismi molecolari governano le risposte delle piante ai cambi stagionali può aiutarci a capire non solo perché le piante rispondono al richiamo della Primavera in modo così preciso (oltre che affascinante!), ma anche che cosa dobbiamo aspettarci se l’equilibrio del nostro ecosistema continuasse ad essere minato.