Crediti: European Space Agency/S. Corvaja
Avreste mai detto che le piante hanno un sensore di gravità? Ebbene, è questo quanto è stato scoperto dopo diversi esperimenti effettuati a bordo della Stazione spaziale internazionale. In passato è stato confermato che sulle navicelle spaziali e in assenza di gravità (o, meglio, in condizioni di microgravità) i semi riescono a germogliare. Gli scienziati, però, hanno di recente visto che le piante riescono a crescere verso l’alto anche nello spazio. I ricercatori condurranno, infatti, una seconda serie di test nell’ambito dello studio Plant Gravity Sensing della Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) quando verranno consegnati nuovi materiali, nonché viveri, con la sesta missione commerciale dello SpaceX. Con questo studio i ricercatori intendono verificare che i meccanismi ormonali della pianta che controllano la direzione di crescita si sviluppano anche in assenza di gravità (portando quindi la pianta stessa a crescere verso l’alto come accade sulla Terra). Il fenomeno sul nostro pianeta è conosciuto come geotropismo: i rami degli alberi, così come le foglie delle piantine, crescono verso l’alto e non perpendicolari al terreno per riuscire ad esporsi maggiormente alla luce del Sole, che ovviamente gli dà la vita.
Gli esperimenti effettuati nello spazio possono aiutare gli esperti a capire come si relazionano le piante e i vegetali con l’assenza di gravità e quindi come fanno a crescere verso l’alto anche in queste condizioni così estreme. Come accade con altri esperimenti effettuati sulla ISS, i risultati dello studio potrebbero avere implicazioni per una maggiore resa delle colture agricole e per la coltivazione di piante durante missioni spaziali di lunga durata (come quella che si sta progettando verso il pianeta Marte). Lo studio servirà, in futuro, anche a comprendere meglio il processo cellulare nel corpo umano.
Al centro dello studio c’è il processo di formazione cellulare dell’arabide comune (conosciuta anche come Arabidopsis thaliana), una piccola pianta fiorita annuale che sulla Terra cresce lungo i sentieri o sui muri dei giardini che fa parte della stessa famiglia del cavolo e della senape. Il patrimonio genetico di questa pianta è ampiamente conosciuto dagli studiosi di biologia vegetale. Per questo per gli esperti è facile riconoscere i cambiamenti che si verificano a seguito di un adattamento alla microgravità. Negli anni ’90 l’arabide comune è stata scelta come esemplare di cui studiare il sequenziamento del genoma e da allora è considerato un organismo modello per la ricerca biologica. La ricerca e gli esperimenti hanno rivelato che ci sono somiglianze genetiche che possono portare benefici alla nostra salute, in particolare quando vengono studiate malattie che coinvolgono l’effetto della gravità sul nostro corpo, come l’osteoporosi e la perdita muscolare.
L’immagine A è un piatto di coltura di piantine di Arabidopsis per lo studio Plant Gravity Sensing. L’immagine B illustra l’emissione di fotoni dalle piante quando vengono ruotate e quando le concentrazioni di ioni di calcio aumentano. L’immagine C illustra l’apparecchiatura per impianti rotanti e i rilevatori di emissioni di fotoni. Crediti: JAXA/Hitoshi Tatsumi
Nell’ambito dello studio Plant Gravity Sensing, il team analizzerà le concentrazioni di calcio nelle cellule delle piante, inizialmente coltivate in microgravità e poi di nuovo esposte ad un ambiente a gravità costante di 1g (quella che abbiamo sulla Terra). «La piante coltivate nello spazio non hanno esperienza con la gravità o la direzione della gravità e non possono essere in grado di formare dei sensori di gravità che rispondano ad una direzione specifica», ha detto Hitoshi Tatsumi, principal investigator dell’esperimento e professore presso l’Università di Nagoya, Giappone. La simulazione della gravità terrestre nello in orbita nella ISS verrà ricreata con una centrifuga nella Cell Biology Experiment Facility all’interno del modulo giapponese Kibo, dedicato proprio agli esperimenti nello spazio. Tutto per capire se le piante avvertono variazioni dell’accelerazione gravitazionale e se adattano i livelli di calcio nelle loro cellule.
Lo studio potrebbe avere implicazioni importanti anche sul nostro pianeta perché «potremmo progettare piante in grado di rispondere più rapidamente ai cambiamenti vettoriali della gravità», ha aggiunto Tatsumi. «Queste piante potrebbero riprendersi più velocemente dal collasso provocato dai venti o dalle inondazioni rispetto a quelle selvatiche. Così, la produzione agricola aumenterà risolvendo, in parte, la carenza di colture in un prossimo futuro».
Gli scienziati hanno ipotizzato che il processo in cui gli amiloplasti – particelle all’interno della cellula vegetale che memorizzano e sintetizzano l’amido per produrre energia – distribuiscono e assemblano il contenuto energetico avviene nella direzione della forza gravitazionale. Questo tipo di leucoplasti riescono a capire dove si trova l’alto e il basso in modo da portare le radici verso il terreno e foglie e rami verso l’alto. Gli amiloplasti sono responsabili anche dell’aumento delle concentrazioni di calcio. Questi meccanismi formano la struttura molecolare nella cella che stimola gravità di rilevamento per la crescita. Il mistero è se i sensori di gravità si formino in microgravità per determinare la direzione di crescita delle piante oppure no. Se fosse vero, allora gli scienziati potrebbero modificare geneticamente questi sensori di gravità sulla Terra per coltivare piante durante future missioni spaziali o in teoria su altri pianeti.