Come fanno alcune piante carnivore a muoversi di scatto

Vent’anni fa un collega del fisico francese Yoël Forterre portò in laboratorio una Venere acchiappamosche, la pianta carnivora forse più conosciuta che cattura gli insetti chiudendo di scatto le foglie. Il movimento dura meno di un secondo, a una velocità piuttosto insolita nelle piante. «Sono stato ossessionato da questa cosa per vent’anni», ha detto Forterre al Guardian.

Dopo due decenni di esperimenti, lo scorso 11 giugno Forterre ha pubblicato su Science una possibile spiegazione. Di solito i movimenti nelle piante vengono attribuiti agli spostamenti dell’acqua tra le cellule, che le rende più o meno turgide. Forterre ha scoperto invece che potrebbero essere le pareti delle cellule a cambiarne la forma, diventando, all’improvviso, più morbide. Un meccanismo simile non era mai stato verificato prima per un fenomeno di questo tipo.

La Venere acchiappamosche è una pianta abbastanza piccola e di solito ha cinque o sette foglie. Ogni foglia termina con due lobi, tenuti insieme da una costa centrale. La sua superficie interna diventa di un rosso molto intenso quando è “affamata”. Cresce infatti in terreni che non sono particolarmente ricchi di sostanze nutritive e, per procurarsi quel che dal suolo non riesce a ricavare, ingerisce insetti e ragni. Le prede, avvicinate dal profumo di nettare sprigionato dalla pianta per attirarle, vengono catturate e poi trattenute da una specie di gabbia, fatta di sporgenze rigide simili a ciglia disposte lungo il bordo dei lobi.

Questa specie, il cui nome scientifico è Dionaea muscipula, incuriosisce gli scienziati da molto tempo. Già nel 1875 il naturalista britannico Charles Darwin l’aveva definita una delle piante «più meravigliose al mondo». Come racconta lo stesso Forterre, «quando Darwin vide queste piante muoversi così velocemente, si era convinto che avessero un muscolo. Ma le piante non hanno muscoli e non hanno nervi».

Un muscolo animale è composto da fasci di fibre, cellule lunghissime al cui interno scorrono dei filamenti proteici. Quando questi filamenti scivolano uno sull’altro, come le dita di due mani che si intrecciano, la fibra si accorcia e il muscolo si contrae. Queste contrazioni sono attivate da un segnale elettrico, prodotto dal sistema nervoso.

Pur non avendo muscoli o nervi, le piante si muovono. Per riuscirci, sfruttano i movimenti dei liquidi. Ogni cellula vegetale, infatti, può diventare turgida riempiendosi d’acqua o sgonfiarsi quando si svuota. Per esempio, se da un lato di uno stelo le cellule si gonfiano e si sgonfiano dall’altro, lo stelo si curva. È un sistema idraulico che funziona molto bene, anche se lentamente: quasi tutti i movimenti delle piante richiedono ore o giorni.

La trappola della Venere acchiappamosche, invece, si aziona in meno di un secondo. Già Darwin aveva intuito che dovesse funzionare diversamente. Così aveva chiesto al fisiologo John Burdon-Sanderson di cercare un segnale elettrico nelle sue foglie, qualcosa di simile ai segnali che erano stati osservati nelle rane da Luigi Galvani un secolo prima. Nel 1873 Burdon-Sanderson rilevò una scarica elettrica nella pianta quando la trappola veniva attivata.

Venne così formulata un’ipotesi che teneva insieme la scarica elettrica e il sistema idraulico delle piante. Quando un insetto si posa su una delle foglie, sfiora dei piccoli peli sensibili presenti sulla sua superficie, che fanno da sensori. Parte allora un segnale elettrico, che fa spostare l’acqua tra le cellule gonfiando solo uno dei lati della foglia. La distribuzione asimmetrica dell’acqua deforma progressivamente la foglia fino a farle superare una soglia di instabilità meccanica, provocando la chiusura improvvisa dei due lobi che intrappolano la preda.

C’erano dei dubbi, però, sulla validità di questa teoria. La circolazione dell’acqua può essere molto rapida, ma forse non abbastanza per questo genere di meccanismo. Per verificarla, Forterre e il suo gruppo di ricerca hanno inserito una sonda nelle cellule delle foglie di alcuni esemplari. Ogni singola cellula impiega circa quattro secondi a gonfiarsi e a sgonfiarsi e sono necessari dai 30 ai 150 secondi prima che l’acqua attraversi la foglia da un lato all’altro: troppi per determinare la chiusura della trappola.

Forterre ha proseguito i suoi esperimenti mettendo alla prova un’ipotesi diversa, e cioè che a determinare il meccanismo di chiusura delle foglie potesse essere un cambiamento nella forma delle cellule causato non dallo spostamento dell’acqua, ma dalla consistenza delle pareti delle cellule. Un liquido prende una forma molto diversa se riempie un palloncino oppure una borraccia, perché dipende dalla rigidità del suo contenitore. Un cambiamento brusco nella rigidità della parete cellulare, quindi, può cambiare molto rapidamente la forma della cellula e provocare un movimento nella foglia.

Per misurare quanto fossero rigide le pareti cellulari, Forterre ha messo a contatto la superficie delle cellule delle foglie con un “nanoindentatore”. Questo strumento ha una punta microscopica, che quando viene premuta contro una cellula rileva quanta forza è necessaria per deformarne la superficie. In questo modo misura quanto è rigida la sua parete. Hanno scoperto che quando si attiva la trappola la rigidità della parete cellulare diminuisce di quasi un terzo, e che questo cambiamento ha una durata compatibile con il meccanismo di chiusura.

Ma una parete cellulare può diventare meno rigida sia perché cambia la sua consistenza, sia perché la cellula perde acqua. Nel primo caso, la pressione interna spinge la parete verso l’esterno, assottigliandola; nel secondo, invece, la parete collassa verso l’interno della cellula.

I ricercatori hanno studiato le cellule al microscopio e hanno dimostrato che a cambiare era effettivamente la rigidità della parete. «Scoprire che la parete cellulare può regolare le sue proprietà meccaniche in un lasso di tempo così breve è, per quanto ne so, davvero nuovo», dice Forterre. «A oggi, questo è il cambiamento meccanico più veloce trovato nelle piante con pareti cellulari».

È un risultato che diversi studiosi non coinvolti nel lavoro hanno descritto come un cambio di paradigma. Di solito i movimenti delle piante si spiegano come variazioni di pressione dentro le cellule, che cambiano forma come un palloncino gonfiato più o meno; qui, per la prima volta, si vede una parete cellulare cambiare molto velocemente le proprie proprietà meccaniche. Il meccanismo fisico, quindi, sembrerebbe spiegato. Mancano ancora, però, quello chimico e quello biologico. E cioè cosa sia, dentro la cellula, che fa ammorbidire la parete così rapidamente.

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