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Agricoltura moderna
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Mentre cammina tra il mare di foglie verdi, gialle e arancioni di un castagneto, raccogliendo con cura le bave di castagno dagli alberi, Sara Fitzsimmons, direttrice del restauro per l'American Chestnut Foundation, è consapevole che non sarà in giro per vedere il frutti pieni del suo lavoro. Il ciclo di vita di un albero è troppo lungo per questo.
Da quasi due decenni Fitzsimmons lavora per far rivivere il castagno americano (Castanea dentata) , una specie fondamentale che un tempo dominava le foreste orientali degli Stati Uniti e dell'Ontario meridionale, in Canada. Ma più di un secolo fa, gli alberi furono esposti alla peronospora, un patogeno invasivo introdotto accidentalmente da specie asiatiche importate degli alberi, utilizzate principalmente per piante ornamentali e nei frutteti. I castagni americani, vulnerabili alla malattia fungina, sono stati devastati dalla peronospora, lasciando dietro di sé foreste piene di alberi abbattuti o steli con rami spogli e morti. Ora, l'84 per cento dei castagneti in America rimane piccolo e non riesce a dare frutti.
A un certo punto c'erano da tre a cinque miliardi di castagni americani. Oggi sono al massimo 435 milioni ancora vivi. Organizzazioni come l'American Chestnut Foundation stanno lavorando per sviluppare un nuovo castagno resistente alla peronospora per reintrodurre e aiutare a far rivivere la popolazione. La sequenza temporale? "Ci vorranno dai 150 ai 200 anni per avere un impatto ecologico con milioni di piantine sul paesaggio", afferma Fitzsimmons.
Prima della peronospora, i castagni americani erano importanti non solo per l'ecosistema, ma anche per l'uomo e il suo modo di vivere. Quando i castagneti erano abbondanti, i contadini potevano contare sulle loro noci come fonte di nutrimento per i loro maiali o tacchini. Spesso cercavano anche le noci da mangiare come cibo o addirittura scambiare. Il legno degli alberi si è dimostrato robusto per le strutture edilizie ed è stato utilizzato per tegole, travi e pavimenti nelle case, nonché per traversine ferroviarie e pali del telegrafo o del telefono.
“Il legno era molto resistente alla putrefazione, ne avevamo molti usi. È molto bravo nel sequestro del carbonio, che è importante in questi giorni con il cambiamento climatico. È davvero un bell'habitat per la fauna selvatica. E le persone raccoglievano le castagne in questo periodo dell'anno", afferma William Powell, direttore dell'American Chestnut Research and Restoration Project presso il College of Environmental Science and Forestry (SUNY-ESF) dell'Università statale di New York.
Castagne mature. Foto di karnavalfoto, Shutterstock.
E, naturalmente, erano buoni per arrostire. "Senti quella canzone, 'castagne arrostite [sul] fuoco aperto'", dice Powell, riferendosi alla classica canzone di Natale scritta nel 1945 da Robert Wells e Mel Tormé. “Quelle sono le castagne americane. Quindi era tutto perduto."
Le strade della città erano un tempo fiancheggiate da carri che servivano il dolce e tostato dolcetto natalizio. Sebbene l'associazione delle castagne con le festività possa essere fatta risalire all'Europa del XVI secolo, le castagne coltivate in Nord America erano note per avere un sapore più ricco e dolce ed erano particolarmente adatte come trattamento caldo durante i mesi invernali. Tutto è cambiato quando la peronospora ha ridotto quasi a zero il numero delle castagne americane. Ora, qualsiasi arrosto di castagne sul fuoco aperto è probabilmente importato, poiché gli Stati Uniti sono responsabili di meno dell'uno per cento della produzione mondiale totale del raccolto.
Nonostante la massiccia perdita, i castagni non sono tecnicamente estinti. In effetti, non sono nemmeno in una lista in via di estinzione. Il fungo batterico non può attaccare gli apparati radicali degli alberi a causa dei microrganismi presenti nel terreno che fungono da protettore. Ciò si traduce in una capacità unica per i castagni americani di sopravvivere alle radici.
Ma la versione odierna di un castagno impallidisce rispetto agli imponenti antenati degli alberi, che erano alti da 80 a 100 piedi con un diametro del tronco che cresceva di circa 10 piedi. "Il problema è che l'84 percento di loro ha solo un pollice di diametro all'altezza del seno", afferma Fitzsimmons. “E sono alti solo circa 15 piedi. Non stanno servendo i servizi e gli ecosistemi che la specie dovrebbe servire. Quindi li chiamiamo funzionalmente estinti”.
Un uomo è sminuito da una grande castagna americana sopravvissuta nel Kentucky. Foto per gentile concessione della American Chestnut Foundation.
Nella sua missione di ripristinare il castagno americano creando un albero resistente alla peronospora, la fondazione utilizza un sistema che incorpora tecniche di allevamento e biotecnologie. Un metodo utilizzato dall'American Chestnut Foundation è noto come riproduzione incrociata. Per questo metodo, gli scienziati selezionano e spostano le caratteristiche desiderabili da una varietà all'altra. L'obiettivo è isolare i geni di resistenza alla peronospora da un'altra specie e incorporarli nel corredo genetico dei castagni americani. Leila Pinchot, ricercatrice ecologista per il servizio forestale degli Stati Uniti, specializzata nella reintroduzione dei castagneti nella foresta, spiega l'incrocio come un "approccio per incorporare i geni per la resistenza del castagno cinese con il castagno americano perché quello che vogliamo è un albero che sembri e si comporta in modo americano.
Pinchot spiega che questo metodo, come dimostrato dalla ricerca del genetista Jared Westbrook per l'American Chestnut Foundation, si è rivelato non essere la soluzione nel caso del castagno. L'obiettivo del backcrossing è quello di isolare due o tre geni, ma nel caso del castagno, "ci sono così tanti geni di resistenza nel castagno cinese, che non è possibile combinarli con il castagno americano e produrre un albero è per lo più americano, ma incorpora ancora i geni per i sistemi dal cinese", afferma Pinchot. Anche così, gli alberi incrociati hanno una tolleranza alla peronospora maggiore rispetto a un albero selvatico e sono ancora piantati nelle foreste per integrare la popolazione di alberi per il momento.
La riproduzione incrociata non è l'unica speranza dell'albero. Nel laboratorio di Powell al SUNY-ESF, ha recentemente utilizzato l'ingegneria genetica per sviluppare un albero resistente alla peronospora combinando un singolo filamento di DNA di grano con il DNA di castagno americano. Powell, che ha lavorato al progetto per più di 30 anni, ha isolato un gene dal grano, mirandolo per la sua capacità di affrontare il fungo batterico. "La cosa bella di questo gene è che contrasta il modo in cui il fungo attacca l'albero", dice.
Powell spiega che quando la peronospora infetta un albero, inizia a produrre acidi ed enzimi che agiscono in quegli acidi. L'acido principale che produce, noto come acido ossalico, è una tossina che uccide le cellule vegetali. Il fungo si nutre quindi di quelle cellule morte, formando una struttura chiamata cancro che alla fine avvolge un albero e uccide tutto al di sopra del punto di infezione. “Quello che farà questo gene [del grano] è in realtà creare un enzima che disintossica quell'acido. Lo scompone in perossido di idrogeno e anidride carbonica, due cose che la pianta usa comunque", afferma Powell. "Quindi fondamentalmente stiamo portando via l'arma dal fungo." Gli alberi geneticamente modificati o transgenici sono conosciuti come Darling 58 e sono i primi del loro genere. E mentre i nuovi alberi possono ancora essere infettati dalla stessa peronospora che ha ucciso i loro cugini più di un secolo fa, e potenzialmente anche leggermente danneggiati da essa, l'albero sopravviverà.
Piantare piantine transgeniche in un frutteto a New York. Foto per gentile concessione della American Chestnut Foundation.
A causa dello status di Darling 58 come pianta geneticamente modificata, il passo successivo per portare gli alberi nelle foreste è un rigoroso processo normativo attraverso l'USDA, l'EPA e la FDA. SUNY-ESF ha presentato una petizione all'USDA nel 2020, cercando di deregolamentare gli alberi per piantarli in natura. Powell spera che questo processo si concluda nel 2023. Nel frattempo, più di 2.000 Darling sono piantati in campi altamente regolamentati, a cui è vietato fiorire o diffondere polline in natura. In attesa delle normative necessarie per piantare alberi nelle foreste, il laboratorio di Powell e l'American Chestnut Foundation sono al lavoro incrociando gli alberi di Darling con il DNA del castagno selvatico, sperando di creare alberi più forti che cresceranno in tutto il paese.
In questo modo, i castagneti selvatici, pur essendo funzionalmente estinti, sono di vitale importanza nel processo di ripristino del castagno americano. Gli alberi selvatici, prominenti in regioni con climi molto diversi, che vanno dalla Georgia fino al Canada meridionale, hanno una diversità adattativa che consente loro di prosperare all'interno dei loro ecosistemi. “Darling 58 è un clone. Non possiamo ripristinare il castagno americano o qualsiasi altra specie con un clone", afferma Fitzsimmons. "L'albero non sarebbe in grado di persistere in tutti i tipi di ambienti. Supponiamo che io prenda un castagno dall'Alabama e che provo a piantarlo nel Maine, almeno in questo momento quell'albero non sopravviverebbe". Senza una tolleranza al freddo adattativa, il castagno non sarebbe praticabile in una regione fredda. L'attraversamento degli alberi di Darling 58 con i castagni selvatici consente la diversità di cui le specie avranno bisogno per ringiovanire a livello nazionale.
La fondazione fa affidamento su individui appassionati o scienziati cittadini per trovare materiale di castagno selvatico americano da utilizzare nei programmi di allevamento e biotecnologia.
E per le prossime fasi del processo di ripristino, quando arriverà il momento di iniziare a introdurre alberi resistenti alla peronospora nelle foreste americane, il processo non sarà più semplice dello sviluppo del nuovo albero. Pinchot rileva potenziali sfide ecologiche nelle fasi successive della rivitalizzazione della specie. “Dobbiamo sapere quanta luce hanno bisogno gli alberi per crescere e quali tipi di trattamenti sono appropriati ai castagneti per favorirne la crescita senza, ancora una volta, dare vantaggio competitivo ad altre specie. È proprio lì che risiedono i miei interessi di ricerca", afferma. Anche le sfide logistiche come coltivare abbastanza piantine nei vivai e poi trasferirle con successo nelle foreste sono in cima alla mente. Così come lo sono i volontari, che saranno fondamentali per far piantare decine di milioni di alberi.
“Ci vorranno molte persone, molti soldi, molta energia, molto tempo. Sai, con gli alberi, la natura lo fa molto meglio. Ma la natura non può farcela da sola e dovremo darle molto aiuto", afferma Fitzsimmons. “È davvero poetico il fatto che io stia aiutando a lavorare su un progetto che i miei antenati hanno iniziato 100 anni fa e che la mia progenie impiegherà altri 100 anni per finire. Penso che ci sia qualcosa di veramente interessante in questo."
