Identificato meccanismo ritenuto alla base della differenziazione di fiori a impollinazione anemofila

Una ricerca affascinante è stata condotta presso l'Università di Toronto; essa ha avuto per oggetto la modalità di impollinazione dei fiori delle piante, che come noto è in alcuni casi effettuata dal vento, mentre in molti altri è invece effettuata da animali, prevalentemente insetti, ma a volte anche uccelli e pipistrelli.

In generale l'impollinazione può avvenire tra fiori posti su di una stessa pianta, nelle piante autogame, o tra fiori posti su piante differenti, nelle piante allogame. Le piante autogame si autofecondano prevalentemente se dotate di fiori ermafroditi, mentre l'autofecondazione è meno frequente se le piante sono dotate di fiori maschili e femminili sulla stessa pianta; in entrambi i casi si parla di piante monoiche.
Le piante dotate solo di fiori maschili o di fiori femminili sono invece denominate dioiche; esse sono allogame, poiché la fecondazione avviene tra piante differenti.

Le piante che hanno impollinazione effettuata dal vento hanno fiori più rudimentali e meno appariscenti, mentre laddove è necessario un vettore, come un insetto, i fiori si sono gradualmente evoluti in forme maggiormente appariscenti, i cui colori, odori e nettari hanno il precipuo obbiettivo di attrarre insetti, che poi diffondono il polline da una pianta all'altra, sporcandosi di esso mentre si nutrono sui fiori.
Il polline è costituito da cellule diploidi che contengono i gameti maschili. Esso si trasforma in una struttura filiforme (il tubetto pollinico), nel momento in cui entra in contatto con lo stigma, cioè l'estremità superiore del pistillo, organo femminile (presente sia nei fiori femminili, che in quelli ermafroditi). Il tubetto pollinico, discendendo attraverso lo stilo, penetra nel pistillo e porta i gameti maschili a contatto con le cellule uovo.

Le piante a impollinazione entomofila si sono evolute da quelle a impollinazione anemofila circa 100 milioni di anni fa, poiché l'impollinazione entomofila garantiva una collocazione del polline molto più precisa, ma come segnalato dagli autori di questa ricerca le attuali piante ad impollinazione anemofila (circa il 10% del totale del piante dotate di fiori) si sarebbero successivamente evolute da quelle a impollinazione entomofila e lo studio di seguito riportato ha voluto cercare di capire come e perché questa evoluzione in senso contrario sia avvenuta.

In uno studio pubblicato negli Atti della Royal Society B è descritto un meccanismo che vuole spiegare un ritorno dall'impollinazione entomofila a quella anemofila. Lo studio è stato supportato dal Consiglio per le Ricerche sulle Scienze Naturali e Ingegneristiche del Canada.
Come riferisce, David Timermann, autore principale di questo studio e laureando presso il Dipartimento di Ecologia e Biologia evolutiva dell'Università di Toronto: 'Abbiamo trovato che le piante, i cui stami vibrano più vigorosamente per azione del vento, disperdono più prontamente il polline nel vento e tale caratteristica è favorita da condizioni in cui le piante ricevono poche visite da parte degli impollinatori'. L'autore di questo studio aggiunge che tale considerazione potrebbe essere utile per capire come le piante fronteggino una riduzione dei servizi di impollinazione, dovuta a una globale diminuzione delle popolazioni degli impollinatori selvatici.

Come già visto i fiori si sono molto differenziati per rendersi appetibili da parte degli impollinatori e in questo caso anche per rilasciare, disperdere, o al contrario catturare polline dall'aria. La differenziazione avviene attraverso la selezione di piante che nel loro variare geneticamente si diversificano in molti tipi differenti alcuni dei quali, essendo più adattativi, sono selezionati dall'ambiente.

Uno dei tratti oggetto dell'evoluzione dei fiori e, in particolare quello che ha destato l'interesse dei ricercatori che hanno studiato l'evoluzione delle specie a impollinazione anemofila, è costituito dallo sviluppo di stami lunghi e flessibili (ovvero dotati di filamenti lunghi e flessibili), i quali vibrano marcatamente in presenza di vento, rispetto alle stesse specie impollinate da insetti.
Come viene riferito, sono stati identificate circa 65 occasioni, nelle quali l'impollinazione anemofila si è sviluppata a partire da quella entomofila in alberi ed essenze prative, ma non sono tuttora chiari i meccanismi coinvolti nei passaggi di transizione da una forma di impollinazione all'altra.

Nella loro capacità di diffondere polline nel vento le piante a impollinazione anemofila, come riferiscono i ricercatori, son state spesso definite come 'aerodinamicamente-ingegnerizzate' al fine di un'efficiente dispersione del polline, ma a differenza delle piante a impollinazione animale, non era stata finora concretamente indagata la funzione di tratti fenotipici (=esteriori) dei fiori, ricollegabili all'impollinazione anemofila e neanche era stato finora compreso quale modificazione evolutiva si collochi nel punto di passaggio tra una forma di impollinazione e l'altra, poiché finora non erano stati compiuti studi su specie di transizione tra un tipo di impollinazione e l'altra.

Come riferisce Timermann, l'approccio seguito dal suo gruppo di studio è stato quindi di applicare la biomeccanica, per comprendere i processi chiave coinvolti nei primi stadi della transizione tra le due forme di impollinazione e lo studio ha quindi fornito parecchie nuove intuizioni.

Timermann e Barrett hanno studiato, nei loro esperimenti, il Thalictrum pubescens, una Ranuncolacea, che è impollinata sia dal vento che dagli insetti ed è stato in conclusione ritenuto che questa specie rappresenti uno stato di transizione tra le due forme.

Durante i test di laboratorio Timermann ha applicato agli stami delle vibrazioni controllate, per misurare la loro naturale frequenza di impollinazione, quindi tramite un tunnel del vento realizzato allo scopo, è stato valutato quanto la naturale frequenza di vibrazione influenzi il rilascio di polline.
Infine in uno studio, compiuto presso la Riserva scientifica Koffler dell'Università di Toronto, egli ha voluto capire se la selezione naturale agisce differentemente in presenza, o in assenza di insetti impollinatori.

E' stata infine misurata la variazione della frequenza naturale della vibrazione degli stami, in nove popolazioni della specie studiata ed il test è stato ripetuto in successive stagioni di crescita, per valutare la ripetibilità della frequenza di vibrazione rilevata. Con tutti i dati raccolti i ricercatori hanno analizzato l'effetto di questo parametro sul rilascio di polline nel tunnel del vento e anche il successo riproduttivo, in campo, delle piante maschili in presenza ed assenza di insetti impollinatori.

Come riferisce Timermann: 'La riproduzione di successo è stata maggiore per le piante i cui stami vibravano a una frequenza più ridotta, quando gli impollinatori erano assenti, ma questo vantaggio diminuiva quando erano presenti gli impollinatori. La nostra analisi biomeccanica dell'interfaccia vento-fiore ha identificato questa peculiarità che si verifica in natura, come un tratto chiave per comprendere gli stadi precoci della transizione da impollinazione entomofila ad anemofila.'
L'autore quindi sostiene che quando gli impollinatori animali non forniscono adeguati servizi d'impollinazione, la selezione naturale dovrebbe favorire gli individui con stami flessibili che vibrano prontamente, rilasciando polline nell'aria.

Infine Timermann trae alcune considerazioni pratiche dal suo studio:'Il vento è ovviamente un agente più consistente per la dispersione del polline, piuttosto che contare sugli insetti, le cui dimensione di popolazione e comportamento fluttua nel tempo e nello spazio'.
'Ulteriori, molteplici aspetti del cambiamento ambientale globale stanno attualmente disturbando il servizio di impollinazione alle piante selvatiche, conducendo a ciò che è stata denominata la Crisi dell'Impollinazione. Queste situazioni potrebbero potenzialmente favorire l'evoluzione di un impollinazione anemofila, attraverso il meccanismo che noi abbiamo scoperto'.

Fonte/i: University of Toronto, 17 dicembre 2018

Autore dell'articolo: , 31 dicembre 2018

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