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Agricoltura moderna
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Grazie a Liana Wait, studentessa laureata, Dipartimento di Ecologia e Biologia Evoluzionistica dell'Università di Princeton per questo articolo. Puoi vederlo nella sua forma originale qui.
Potresti aver osservato le piante in competizione per la luce solare - il modo in cui si allungano verso l'alto e verso l'esterno per bloccare l'accesso reciproco ai raggi del sole - ma fuori dalla vista, un altro tipo di competizione si sta verificando sottoterra. Allo stesso modo in cui potresti cambiare il modo in cui cerchi snack gratuiti nella sala relax quando sono presenti i tuoi colleghi, le piante cambiano il loro utilizzo delle risorse sotterranee quando vengono piantate insieme ad altre piante.
In un articolo pubblicato il mese scorso su Science (e apparso in copertina ), un team internazionale di ricercatori guidato dallo studente laureato di Princeton Ciro Cabal fa luce sulla vita sotterranea delle piante. La loro ricerca ha utilizzato una combinazione di modellazione e un esperimento in serra per scoprire se le piante investono in modo diverso nelle strutture delle radici quando vengono piantate da sole rispetto a quando vengono piantate insieme a un vicino.
"Questo studio è stato molto divertente perché ha combinato diversi tipi di caramelle mentali per riconciliare risultati apparentemente contraddittori in letteratura:un esperimento intelligente, un nuovo metodo per osservare i sistemi radicali in suoli intatti e una semplice teoria matematica", ha detto Stefano Pacala , il professore Frederick D. Petrie in Ecologia e biologia evolutiva (EEB) e l'autore senior del documento.
"Mentre le parti fuori terra delle piante sono state ampiamente studiate, compresa la quantità di carbonio che possono immagazzinare, sappiamo molto meno su come le parti sotterranee - cioè le radici - immagazzinano carbonio", ha detto Cabal, Ph.D. studente nel laboratorio di Pacala. "Poiché circa un terzo della biomassa vegetale mondiale, quindi del carbonio, si trova sotto terra, il nostro modello fornisce uno strumento prezioso per prevedere la proliferazione delle radici nei modelli globali del sistema terrestre."
Le piante producono due diversi tipi di radici:radici fini che assorbono acqua e sostanze nutritive dal suolo e radici di trasporto grossolane che riportano queste sostanze al centro della pianta. L'“investimento” delle piante nelle radici riguarda sia il volume totale delle radici prodotte, sia il modo in cui queste radici sono distribuite nel terreno. Una pianta potrebbe concentrare tutte le sue radici direttamente sotto i suoi germogli, oppure potrebbe allargare le sue radici orizzontalmente per cercare cibo nel terreno adiacente, il che rischia di competere con le radici delle piante vicine.
Il modello del team ha previsto due potenziali risultati per l'investimento radicale quando le piante si trovano a condividere il suolo. Nel primo risultato, le piante vicine "cooperano" segregando i loro apparati radicali per ridurre la sovrapposizione, il che porta a produrre complessivamente meno radici di quanto farebbero se fossero solitarie. Nel secondo risultato, quando una pianta rileva risorse ridotte su un lato a causa della presenza di un vicino, accorcia il suo apparato radicale su quel lato ma investe maggiormente nelle radici direttamente sotto il suo fusto.
La selezione naturale prevede questo secondo scenario, perché ogni pianta agisce per aumentare la propria forma fisica, indipendentemente dall'impatto di tali azioni sugli altri individui. Se le piante sono molto vicine tra loro, questo maggiore investimento nel volume delle radici, nonostante la segregazione di tali radici, potrebbe provocare una tragedia dei beni comuni, per cui le risorse (in questo caso, l'umidità del suolo e i nutrienti) si esauriscono.
Per testare le previsioni del modello, i ricercatori hanno coltivato piante di peperone in una serra sia individualmente che in coppia. Alla fine dell'esperimento, hanno tinto le radici delle piante di diversi colori in modo da poter vedere facilmente quali radici appartenevano a quale pianta. Quindi, hanno calcolato la biomassa totale dell'apparato radicale di ogni pianta e il rapporto tra radici e germogli, per vedere se le piante cambiavano la quantità di energia e carbonio che depositavano nelle strutture sotterranee e fuori terra quando venivano piantate accanto a quelle vicine, e contavano il numero di semi prodotti da ogni pianta come misura della relativa forma fisica.
Il team ha scoperto che il risultato dipende da quanto sono vicine tra loro un paio di piante. Se piantate molto vicine tra loro, è più probabile che le piante investiscano pesantemente nei loro apparati radicali per cercare di competere a vicenda per le limitate risorse sotterranee; se vengono piantate più distanti, probabilmente investiranno meno nel loro apparato radicale rispetto a una pianta solitaria.
Nello specifico, hanno scoperto che, quando piantate vicino ad altre, le piante di peperone aumentavano l'investimento nelle radici localmente e riducevano la distanza in cui allungavano le loro radici orizzontalmente, per ridurre la sovrapposizione con i vicini. Non c'erano prove per uno scenario di "tragedia dei beni comuni", poiché non vi era alcuna differenza nella biomassa radicale totale o nell'investimento relativo nelle radici rispetto alle strutture fuori terra (incluso il numero di semi prodotti per pianta) per piante solitarie rispetto a quelle conviventi .
Le piante rimuovono l'anidride carbonica dall'atmosfera e la depositano nelle loro strutture - e un terzo di questo carbonio vegetativo è immagazzinato nelle radici. Comprendere come cambia la deposizione di carbonio in diversi scenari potrebbe aiutarci a prevedere con maggiore precisione l'assorbimento di carbonio, che a sua volta potrebbe aiutare a progettare strategie per mitigare il cambiamento climatico. Questa ricerca potrebbe anche aiutare a ottimizzare la produzione alimentare, perché per massimizzare la resa delle colture, è utile capire come utilizzare in modo ottimale le risorse sotterranee (e fuori terra).
Gli altri coautori dell'articolo sono Ricardo Martínez-García, un ex borsista post-dottorato in EEB che ora è professore presso l'Istituto sudamericano per la ricerca fondamentale; Aurora de Castro, che ha lavorato al progetto nell'ambito di una tesi di laurea per il Dipartimento di Biogeografia e Cambiamento Globale del Museo Nazionale Spagnolo di Scienze Naturali; e Fernando Valladares, professore associato presso il Dipartimento di Biologia, Geologia, Fisica e Chimica Inorganica dell'Università Rey Juan Carlos e ricercatore presso il Dipartimento di Biogeografia e Cambiamento Globale presso il Museo Nazionale Spagnolo di Scienze Naturali.
