Davvero le piante esposte a radiazioni non si ammalano di tumore?

Solo nel 2018, a 18 milioni di persone è stato diagnosticato un tumore e nonostante i grandi miglioramenti nella prevenzione e nelle terapie, ogni anno il dazio da pagare si aggira attorno ai 10 milioni di decessi. Sappiamo anche che le radiazioni ionizzanti come quelle emesse da materiale radioattivo possono aumentare il rischio di incorrere in tali malattie. Se però dal regno animale ci spostiamo a quello vegetale le cose sembrano cambiare: in luoghi come Chernobyl e Hiroshima le piante sembrano godere di un vantaggio rispetto agli animali. Del resto, quando avete sentito parlare di vegetali affetti da cancro? Probabilmente mai. In effetti erbe e alberi non sembrano soffrirne per motivi biologici ben definiti, che sottintendono alcune grandi differenze tra animali e piante e che offrono a queste ultime una via per sopravvivere anche di fronte a disastri nucleari e a radiazioni cosmiche.

Scorcio dell'ufficio postale di Pripyat, la città che ospitava i lavoratori della centrale di Chernobyl, oggi largamente ricoperta dalla vegetazione (Foto: Marco Boscolo)

Cosa succede nelle cellule esposte a radiazioni? La radioattività produce particelle e radiazioni in grado di danneggiare le strutture cellulari direttamente o indirettamente, anche attraverso sostanze chimiche reattive generate da un processo detto radiolisi. Nonostante i bersagli critici siano gli stessi (DNA in primis), le differenze tra cellule animali e vegetali, assieme alla diversa organizzazione di organi e tessuti, determina nelle seconde una maggiore resistenza. Per esempio, dosi di raggi X fino a 10 Gy non inducono alcun danno alle foglie delle piante di fagiolo, mentre irradiare il corpo umano con la stessa dose causerebbe la morte in pochi giorni. Inoltre, anche superando questo shock, si avrebbe un netto innalzamento del rischio di cancro. Questi danni possono infatti innescare mutazioni genetiche e danni cromosomici che alterano il normale funzionamento cellulare, aumentando la probabilità che si formino cellule cancerose in grado di moltiplicarsi in modo incontrollato e di diffondersi in altre parti dell’organismo danneggiando irrimediabilmente organi e tessuti. Davvero le piante non si ammalano di cancro? La risposta dipende dalle definizioni: i termini neoplasia, tumore e cancro non sono sinonimi. Per neoplasia si intende una proliferazione di nuove cellule a prescindere dalla loro genesi, ovvero che si tratti di cellule normali o dotate di una mutazione genetica. Dato che questo può generare masse anche di grosse dimensioni, il termine neoplasia può diventare sinonimo di tumore (che etimologicamente implica un rigonfiamento) e dato che le cellule coinvolte possono essere aggressive la sinonimia si estende al termine cancro. Possono però esistere, e sono quelle più comuni nei vegetali, proliferazioni che generano masse “tumorali” con cause e conseguenze molto diverse rispetto a quelle presenti nel regno animale. Ad esempio, ciò può avvenire a seguito dell’infezione da parte di batteri come Agrobacterium tumefaciens o funghi come Exobasidium vaccinii e Dibotryon morbosum. Oppure può avere luogo per effetto della puntura di alcuni insetti, che deponendo le uova in alberi come querce e lecci inducono la formazione di galle, non legate a danni genetici. Le piante quindi soffrono di “tumori”, ma la loro origine e le loro conseguenze sono diverse rispetto a quelle a cui ci riferiamo nell’uomo.

Una massa "tumorale" sul tronco di una pianta causata da un'infezione batterica (Immagine: Shutterstock).

Quali sono le differenze principali e che conseguenze hanno? Le piante sono organismi basati su architetture ridondanti, la cui perdita non influisce sulla sopravvivenza dell’individuo e può essere compensata tramite una rigenerazione, mentre gli animali presentano una struttura più specializzata, in cui ciascuna parte è imprescindibile per il funzionamento dell’intero organismo. La resilienza vegetale include anche l’esposizione a radiazioni ionizzanti e grazie ai tessuti meristematici e alla capacità delle cellule adulte di regredire allo stato embrionale, le piante non solo possono rigenerare tutto ciò che perdono, ma possono eliminare costantemente le cellule meno giovani e più a rischio: eventuali cellule mutate sono fisiologicamente eliminate prima di causare danni gravi. Questo è invece impossibile negli animali, dove ogni organo è essenziale e non rigenerabile, con gravi conseguenze in caso di perdita di funzionalità. Alla base del diverso rapporto con i tumori c’è di fatto la stessa ragione per cui le piante possono fisiologicamente clonarsi o rigenerarsi, mentre quasi tutti gli animali no. Una differenza rilevante deriva anche dal fatto che nelle piante sono impediti spostamenti delle cellule. Mentre negli animali una cellula cancerosa può spostarsi da un organo all’altro generando metastasi, nelle piante le cellule restano vincolate al tessuto in cui sono cresciute. Si tratta di una rigidità garantita dalla presenza della parete cellulare assente negli animali e dalla stessa organizzazione interna dei vegetali, privi di un sistema circolatorio. Questo impedisce di fatto il fenomeno della metastasi. Quindi basta eliminare per tempo le cellule pericolose? In natura non esiste mai una singola causa ai fenomeni e tutto è il risultato della combinazione di più aspetti. Oltre ai vantaggi strutturali, le piante possiedono una innata capacità di resistere meglio ai danni causati dalle radiazioni ionizzanti. Si stima che un vegetale possa essere esposto a radiazioni di 10 volte maggiori rispetto a un animale senza andare incontro a mutazioni gravi perché i suoi sistemi di riparazione del DNA e tutto l’apparato che limita le conseguenze dei radicali liberi sono più efficaci. Si stima per esempio che i danni che prevedono la rottura completa della doppia elica del DNA siano riparati nelle piante tre volte prima che negli animali. Cosa potrebbe aver favorito queste caratteristiche? Le piante sono organismi sessili, ovvero obbligati a scendere a patti col preciso ambiente che le ospita. Dal punto di vista evolutivo, le radiazioni ionizzanti rappresentano un fattore di stress primordiale e quando le piante colonizzarono la superficie terrestre i livelli di fondo delle radiazioni ionizzanti erano superiori agli attuali e hanno pertanto mantenuto alcuni caratteri utili oggi là dove l’uomo ha innalzato il rischio di esposizione. Lo stesso sistema di protezione è vantaggioso anche in altri casi, come durante la fotosintesi, o per esposizione a metalli pesanti.

Galle sulla foglia di un acero provocate da *Pediaspis aceris* (Immagine: Shutterstock).

Possiamo pensare che le piante escano indenni da un disastro nucleare? La capacità di resistere dipende dal grado di esposizione: le piante sono meno sensibili degli animali ma non sono immuni. In più, in natura tutto ha un prezzo e le piante esposte a radiazioni crescono più lentamente, le energie investite nella protezione e nella ricostruzione vanno perse, il polline viene prodotto in quantità inferiori, i loro semi germinano meno efficacemente rispetto a condizioni normali, la vita totale della pianta si riduce. Inoltre, è l’impatto sugli ecosistemi che va tenuto in conto. Ad esempio, per effetto delle radiazioni la biodegradazione di foglie, rami e tronchi accumulati attorno a Chernobyl risulta molto più lenta: microbi, insetti detritivori e funghi sono diminuiti drasticamente e la produzione di humus ha subito un fortissimo rallentamento, alterando gli equilibri tra molti organismi. Tutte le specie e le varietà sono ugualmente resistenti? Gli alberi sono in genere più resistenti degli arbusti, i quali a loro volta offrono una maggiore resilienza alle radiazioni delle piante erbacee. Tra gli alberi quelli di latifoglie risultano molto più capaci di superare lo stress causato da radiazioni ionizzanti rispetto alle conifere. Esiste anche una relazione diretta con il volume medio occupato dai cromosomi: maggiore è il volume, più sensibile è la pianta. Anche il numero di cromosomi determina la suscettibilità e generalmente, le specie poliploidi (con un certo numero di copie dei medesimi cromosomi) sono meno sensibili alle radiazioni. In questo caso la ridondanza protegge dall'effetto deleterio delle mutazioni perché aumenta la probabilità che una delle copie non sia danneggiata e possa quindi funzionare correttamente. Questo fenomeno ci interessa solo in caso di disastro nucleare? E può tornare utile? La resilienza dei vegetali alle radiazioni è da tempo alla base della selezione naturale che di quella artificiale. La seconda, in particolare, sfrutta la possibilità di generare tratti specifici in piante coltivate per effetto di radiazioni. Si stima che circa 2500 cultivar di uso corrente in agricoltura siano stati sviluppati usando la mutagenesi indotta da radiazioni ionizzanti e questa tecnica continua a giocare un ruolo significativo nel miglioramento di colture fondamentali come riso e grano, sebbene la quantità di radiazioni in grado di causare mutazioni permanenti sia molto variabile da specie a specie. Per esempio, alcune specie del genere Curcuma ripristinano i danni causati da 10 Gy in sole 24 ore. Analogamente, piante di grano coltivate nel suolo contaminato dall’incidente di Chernobyl, presentano un aumento di sei volte delle mutazioni, ma i danni sono recuperati o non evolvono in conseguenze letali. Le radiazioni ionizzanti non sono poi un’esclusiva delle zone esposte a qualche disastro nucleare, ma sono comuni per esempio anche nello spazio. I primi viventi a gironzolare per qualche ora in orbita sono stati dei semi di mais, lanciati nel 1946 da un razzo americano. Rientrati al suolo quasi tutti avevano generato piantine sane, lasciando pensare che l’esposizione alle radiazioni cosmiche avessero un effetto minimo. Diverso fu il destino dei semi di pomodoro posti in orbita per alcune settimane negli anni seguenti: avevano subito mutazioni genetiche venti volte superiori a quelle riscontrate nei loro omologhi terrestri perdendo la capacità di germinare, mentre i cinquecento semi di alberi che hanno orbitato attorno alla Luna alla fine degli anni ’60 ancora crescono serenamente in varie parti degli Stati Uniti. Gli stessi esperimenti sono stati ripetuti più volte con un numero enorme di specie: gli effetti sono stati molto variabili sia all’interno delle navicelle che esponendo i semi al loro esterno. Sicuramente questi studi saranno fondamentali per capire se potremo davvero coltivare piante nello spazio o su pianeti con atmosfere poco schermanti.

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