Il mio regno per un ananas

King Charles receiving the first Pineapple cultivated in England by Hendrik Danckerts. Immagine Wikimedia Commons

King Charles receiving the first Pineapple cultivated in England by Hendrik Danckerts. Immagine Wikimedia Commons

Matteo Vecchi potrebbe essere oggetto di odio aperto e viscerale. Le sue conoscenze entomologiche e botaniche spaziano dalle informazioni più marginali agli articoli più recenti. Possiede anche quella simpatica capacità di riuscire nelle cose che non ha mai fatto prima, siano esse una ricerca di fossili nel greto di un fiume o l’ analisi di dati biologici in R. Il post di oggi è suo, e racconta di come le caratteristiche evolute da alcune piante abbiano influito sul successo di intere famiglie vegetali. Si, ho il complesso di Vegeta nei confronti di Matteo.

Disclaimer: questo post è carente di citazioni pop

“The greatest service which can be rendered any country is to add a useful plant to its [agri]culture.

Così disse Thomas Jefferson, il 3° presidente degli Stati Uniti, ed è innegabile che il continente che più di tutti ha reso questo servizio è l’America. Oltre ai famosi esempi di colture introdotte a seguito del viaggio di Colombo (come pomodori, patate, mais, peperoncini, cacao e zucche), un frutto una infruttescenza è stata a lungo simbolo di potere e prestigio: sto parlando dell’ananas.

L’ananas (Ananas comosus) è l’unica pianta commercialmente importante tra quelle appartenenti alla famiglia delle Bromeliaceae. Questo gruppo divegetali è a sua volta contenuto all’interno di un più vasto insieme, quello delle piante monocotiledoni, che comprende anche palme, canne ornamentali, zenzero, orchidee e cereali. Oltre all’utilizzo gastronomico, A.comosus può anche essere usata come dimore per spugne marine.

Uso alternativo di Ananas comosus. Immagine spongepedia.org

Uso alternativo di Ananas comosus. Immagine spongepedia.org

Le Bromeliaceae sono, per la maggior parte, piante tropicali ritrovabili unicamente nel “Nuovo Mondo”. Una notevole eccezione è rappresentata da Pitcairnia feliciana, arrivata in Guinea probabilmente sotto forma di semi trasportati da uccelli migratori (LOL del gestore del blog).

Da sinistra a destrs: Puyoideae, Puya raimondii in fiore.  Tillansioideae, Tillansia caput-meduse.  Bromelioideae, Aechmea fasciata. Immagini Wikimedia Commons

Da sinistra a destra: Puyoideae, Puya raimondii in fiore. Tillansioideae, Tillansia caput-meduse. Bromelioideae, Aechmea fasciata. Immagini Wikimedia Commons

Comprendente circa 3170 specie, la famiglia delle Bromeliaceae viene a sua volta divisa in 8 sottofamiglie tra le quali troviamo quella che contiene solo il genere Puya, le Puyoideae. Vorrei soffermarmi un attimo su questi allegri vegetali. Queste piante vengono comunemente chiamate “mangia pecore” perché sembra che gli sfortunati ovini restino intrappolati con il vello nei loro uncini. Una volta morti e decomposti, gli animali diverrebbero una importante fonte di nutrimento.

No, non ho trovato nessuna immagine o prova certa che documentino questo fenomeno.

Allegria!

La sottofamiglia Tillansioideae comprende invece quelle simpatiche piantine conosciute con il nome di “piante del vento”, in quanto non possiedono radici e sembrano necessitare solo di aria per vivere. Un altro nome con cui vengono spesso vendute è “piante mangia fumo”perché, secondo antiche leggende, sarebbero in grado di neutralizzare il fumo presente all’interno degli ambienti domestici.

Nonostante queste caratteristiche, e i loro scarsi requisiti alimentari, sono riuscito a farle morire. Tutte.

La sottofamiglia più diversificata e numerosa è, senza dubbio, quella delle Bromelioideae. Questa, oltre a comprendere l’amato ananasso, annovera tra le sue file innumerevoli piante ornamentale dai nomi esotici come Aechmea fasciata, conosciuta comunemente come Aecmea.

Fantasia!

Tutte le Bromeliaceae, indipendentemente dalla sottofamiglia di appartenenza, sono caratterizzate da due sinapomorfie, cioè da due caratteristiche derivate da un antenato comune e presenti (quasi sempre) in tutti i discendenti. Questi ultimi andranno a costituire un determinato gruppo di viventi, anche detto taxa, i cui membri saranno strettamente imparentati tra loro. I peli, ad esempio, sono presenti solo nei mammiferi e sono, quindi, una sinapomorfia condivisa da tutti gli ordini di questo taxa.

Ma quali sono queste caratteristiche particolari delle Bromeliaceae?

1)Tricomi assorbenti peltati. Lo so che queste tre parole spaventano, ma analizziamone il significato. I tricomi sono, per dirla alla brutta, i peli delle piante. Nelle Bomeliaceae queste strutture svolgono funzioni sia di assorbimento di acqua e nutrienti sia di protezione dalle radiazioni solari. Ecco perché molte piante di questa famiglia possono vivere come epifite a livello della volta delle foreste, dove utilizzare le radici non sarebbe praticabile. Questi compiti vengono favoriti dalla forma di questi peli, “peltato” infatti è un termine botanico per indicare una struttura simile a uno scudo.

Tricomi peltati di Tillansia baileyi e T.pseudobaileyi. Immagine modificata da Journal of the Bromeliad Society, Volume XXXVI

Tricomi peltati di Tillansia baileyi e T.pseudobaileyi. Immagine modificata da Journal of the Bromeliad Society, Volume XXXVI

2)Stigma attorcigliato (Twisted stigma). Lo stigma è la parte dell’apparato femminile dei fiori che riceve il polline. In quasi tutte le Bromeliaceae questa struttura si presenta attorcigliato a spirale.

stigma di Nidularium innocentii. Immagine modificata da Journal of the Bromeliad Society, Volume XXXVI

stigma di Nidularium innocentii. Immagine modificata da Journal of the Bromeliad Society, Volume XXXVI

Oltre a queste due sinapomorfie,che condividono con le altre famiglie di Bromeliaceae, la sottofamiglia delle Bromelioideae possiede anche qualche caratteristica in più.

Molte (ma non tutte) Bromelioideae sono piante CAM. Per chi fosse digiuno di fisiologia delle piante la fotosintesi CAM (Crassulacean Acid Metabolism) è un ciclo metabolico tipico dei vegetali che vivono in climi aridi. Questo adattamentoconsente di ridurre lo spreco d’acqua attraverso la chiusura degli stomi durante il giorno. Il ciclo CAM si divide in due fasi: fase buia e fase luminosa. Nella fase buia, che avviene di notte con il fresco, la CO2 viene assorbita degli stomi e legata a molecole organiche per formare acidi a 4 atomi di carbonio. Durante il giorno la fase luminosa permette il rilascio della CO2 dagli acidi e la rende disponibile per la fotosintesi. Questo sistema permette alla piante di svolgere la fotosintesi anche con gli stomi chiusi, ottenendo un grosso risparmio di acqua nei climi secchi.

Il “tank habit”, invece, è una particolare caratteristica che ha a che fare con la morfologia (la forma fisica) delle Bromelioideae. Le piante “tank-forming”possono creare una piccola pozza d’acqua all’interno delle loro foglie. Queste stagni in miniatura costituiscono dei fitotelma, cioè dei microecosistemi acquatici in grado di ospitare microrganismi, invertebrati e, a volte, girini. Alcune Bromelioideae sfruttano questa riserva d’acqua come una trappola, nella quale i piccoli animali annegano e, decomponendosi, forniscono nutrimento alla pianta.

Queste ultime due caratteristiche sono state prese in esame da un gruppo di ricercatori del Senckenberg Research Institute di Francoforte, per capire se potessero essere la causa delle estrema variabilità e diffusione delle Bromelioideae . L’ipotesi che Daniele Silvestro e i suoi colleghi hanno formulato era che il metabolismo CAM e il tank habit fossero innovazioni chiave (key innovations).

 Le innovazioni chiave sono novità evolutive che permettono la diversificazione del gruppo di organismi che li ha evoluti. La storia delle piante è piena di queste “invenzioni”. Per fare alcuni esempi possiamo citare: l’evoluzione del seme nelle Spermatofite, del fiore nelle Angiosperme, la capacità di accumulare acqua nel fusto delle Cactaceae (cactus) o la produzione di furano cumarine (sostanze tossiche) da parte delle Ombrellifere (la famiglia di piante che include carote, prezzemolo e sedano).

I ricercatori, attraverso un’analisi biostatistica, hanno scoperto che le due innovazioni chiave prese in esame avevano effetti diversi sui tassi di speciazione (formazione di nuove specie) e di estinzione (scomparsa di specie) nelle Bromelioideae:

  • La fotosintesi CAM, presente anche in altre piante, porta a un aumento del tasso di speciazione di più del doppio, mentre quello di estinzione non varia significativamente.
Stime a posteriori dei tassi di speciazione, di estinzione e di transizione tra C3 e CAM. Immagine modificata da Silvestro et al.,2013

Stime a posteriori dei tassi di speciazione, di estinzione e di transizione tra C3 e CAM. Immagine modificata da Silvestro et al.,2013

  • Il “tank habit” sembra invece portare ad una diminuzione significativa del tasso di estinzione, mantenendo inalterata la capacità di speciazione.
Stime a posteriori dei tassi di speciazione, di estinzione e di transizione tra “tank-less”e “tank-forming”. Immagine modificata da Silvestro et al.,2013

Stime a posteriori dei tassi di speciazione, di estinzione e di transizione tra “tank-less”e “tank-forming”. Immagine modificata da Silvestro et al.,2013

Gli autori dello studio sostengono che l’aumento del tasso di speciazione nelle linee che hanno evoluto il metabolismo CAM possa essere spiegato con la capacità di espandersi e diversificarsi in biomi semi-aridi. Il ridotto tasso di estinzione delle linee “tank-forming”, invece, si può attribuire alla capacità di queste piante di essere delle buone competitrici nella canopia delle foreste pluviali, grazie alla capacità di accumulare le proprie scorte d’acqua nelle piccole pozze che formano. In questo ambiente, relativamente stabile, hanno poi trovato riparo dalle condizioni mutabili dei biomi semi-aridi come il Cerrado.

Nonostante queste siano le conclusioni degli autori, e come tali possano essere soggette ad errori,è chiaramente visibile dai tassi netti di diversificazione (speciazione-estinzione) che i due caratteri presi in esame rientrano perfettamente nella definizione di innovazioni chiave.

OK,dopo tutto il mio sproloquio sugli ananas ammetto che le piante siano un po’ pallose, non sanno neanche volare…

Fitotelma di Neoregelia concentrica. A fianco,le piante volano! seme di Taraxacum officinale. Immagini Wikimedia Commons

Fitotelma di Neoregelia concentrica. A fianco,le piante volano! seme di Taraxacum officinale. Immagini Wikimedia Commons

Oh c***o….invece lo fanno! Spero almeno che non si mettano a mangiare animali.

 

FONTI

  • Silvestro, D., Zizka, G. & Schulte, K. Disentangling the Effects of Key Innovations on the Diversification of Bromelioideae (Bromeliaceae). Evolution (2013)
  • Givnish, T. & Millam, K. Phylogeny, adaptive radiation, and historical biogeography of Bromeliaceae inferred from ndhF sequence data. Aliso 3–26 (2007)
  • Taylor, P., Heard, S. B. & Hauser, D. L. Key evolutionary innovations and their ecological mechanisms. Historical Biology. Vol 10, 151–173 (1995).
  • Michael G. Simpson. Plant systematics. Elsevier academic press (2006)

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