martedì 25 giugno 2013

L'aritmetica delle piante

A quanto pare, anche le piante sono in grado di compiere operazioni aritmetiche. Ovviamente quest'affermazione va presa un po' con le pinze, perché sappiamo benissimo che le piante non hanno un sistema nervoso e, quindi, nemmeno un cervello pensante, per cui bisogna innanzitutto specificare cosa intendiamo per "saper compiere operazioni aritmetiche". Come abbiamo già visto nel caso di alcuni animali (la formica che "sa" moltiplicare; le api che "sanno" misurare gli angoli; ecc.), un organismo "sa fare matematica" se è in grado istintivamente di compiere azioni che ottimizzano il rapporto tra spese e resa energetica secondo un ottimale pattern matematico.
Entrando in un livello di maggiore dettaglio, i ricercatori M. Howard e A. Smith del John Innes Centre hanno scoperto che le piante sono in grado di consumare le riserve di amido durante la notte in modo costante, così da esaurire quasi completamente il 95% delle riserve entro l'approssimarsi dell'alba, e la ripartizione della quantità da assumere per unità di tempo scaturisce da un'accurata divisione aritmetica. Le piante, come sappiamo, grazie al processo di fotosintesi clorofilliana, durante il giorno approfittano della presenza dell'energia solare per convertire l'anidride carbonica in zuccheri, una parte dei quali viene accumulata come riserva sotto forma di granuli di amido, e dopo il tramonto ciascuna pianta deve soddisfare le proprie esigenze energetiche basandosi sulla quantità di amido che è riuscita ad accumulare durante il giorno. Dal momento che ogni giorno è diverso dagli altri, perché le condizioni ambientali possono cambiare in maniera anche repentina, ogni pianta deve saper sfruttare le risorse a propria disposizione per poter sopravvivere. Ma in che modo?
Granuli di amido al microscopio
I 2 ricercatori, nell'ambito di uno studio che sarà presto pubblicato sulla rivista eLife, hanno scoperto che le piante apportano accurate e continue modifiche alla velocità con cui consumano l'amido, in modo da assicurare che la riserva di amido restante duri fino all'alba, indipendentemente dalla quantità accumulata e anche se la notte "arriva inaspettatamente presto". 
Gli studiosi hanno dimostrato che le piante di Arabidopsis thaliana (ma sicuramente il meccanismo sarà comune alla stragrande maggioranza di altre specie vegetali), affinché possano garantirsi la giusta quantità di amido senza né surplus né penuria, devono "saper" compiere divisioni aritmetiche accurate. Durante la notte, dei meccanismi molecolari all'interno delle foglie misurano l'entità della riserva di amido e stimano il lasso di tempo che rimane fino all'alba, grazie all'orologio biologico interno tipico di ogni vivente; successivamente il quantitativo di amido stimato viene diviso per l'intervallo di tempo stimato in modo da definire il corretto tasso di consumo di amido affinché entro l'alba ne resti sempre il 5% circa. Nel tentativo di spiegare come ciò possa fisicamente avvenire, i ricercatori hanno avanzato l'ipotesi, supportata da un complesso modello matematico, che la stima della quantità di amido e del tempo rimasto debba essere rappresentata da 2 famiglie di molecole, denominate S (dall'inglese starch = amido) e T (dall'inglese time = tempo), rispettivamente responsabili della misurazione di ciascuna delle 2 grandezze, seppur indirettamente, in maniera proporzionale alla loro concentrazione. 
Più in particolare, secondo un primo scenario d'azione, le molecole S stimolerebbero il consumo di amido unendosi alla superficie dei granuli, ma le molecole T, in concentrazione direttamente proporzionale al lasso di tempo restante (quindi meno tempo rimane, meno molecole ci sono e viceversa), agirebbero da antagoniste, legandosi alle molecole S per limitare un eccessivo consumo di amido e renderlo graduale. Secondo uno scenario d'azione alternativo, invece, le molecole T sarebbero presenti in concentrazione inversamente proporzionale al tempo restante (cioè più è vicina l'alba, più sono abbondanti, e viceversa), e anziché interferire con le S le aiuterebbero a creare un complesso molecolare favorevole al consumo di amido: così facendo, se le T all'inizio sono poche, ma aumentano con l'approssimarsi dell'alba, il consumo dell'amido è comunque graduale.
E' interessante notare, nei risultati presentati dall'articolo originale, come sia nell'una che nell'altra ipotesi la velocità di consumo dell'amido corrisponda esattamente alla divisione tra concentrazione di molecole S e concentrazione di molecole T. 

M. Howard, A. Smith (2013). Arabidopsis plants perform arithmetic division to prevent starvation at night eLife, 2 DOI: 10.7554/elife.00669