Come le piante da fiore hanno conquistato il mondo

Devono il loro successo al DNA ridimensionato, Risolto l’abominable mystery di Darwin?

[15 gennaio 2018]

Da qualche parte, tra i 120 e i 150 milioni di anni fa, le piante da fiore hanno iniziato a conquistare il mondo, portando alla straordinaria varietà di fiori che abbiamo oggi. Ora il nuovo  studio “Genome downsizing, physiological novelty, and the global dominance of flowering plants” pubblicato su PlosBiology da Kevin Simonin del Department of Biology della San Francisco State University, e Adam Roddy della School of Forestry and Environmental Studies della Yale University, ci spiega come e perché ci sono riuscite e i due scienziati avvertono che «Se era necessario pensare in piccolo, ora lo è ancora più in piccolo».

Lo studio evidenzia che, durante un periodo critico della storia evolutiva del nostro pianeta, «Le piante da fiore hanno ridimensionato il loro genoma – la raccolta del DNA in ogni cellula – permettendo loro di creare cellule più piccole e costruire foglie con strutture più delicate e complicate». Probabilmente questo ha dato alle piante da fiore un vantaggio rispetto alle loro cugine senza petali. Simonin ricorda che «Le piante da fiore sono il gruppo più importante di piante sulla Terra, e ora sappiamo finalmente perché hanno avuto tanto successo»

Prima che spuntassero i fiori, il mondo vegetale era dominato dalle felci e dalle conifere, ma i fiori le hanno sostituite rapidamente e ora costituiscono quasi il 90% di tutte le specie vegetali. Lo stesso Charles Darwin era perplesso per la loro rapida diversificazione, che definì «an abominable mystery», temendo che questo salto apparentemente improvviso potesse sfidare la sua teoria dell’evoluzione. Da allora gli scienziati hanno esposto molte teorie su questo boom evolutivo: dall’influenza degli impollinatori al rimescolamento dei geni. Quello che mancava era una spiegazione di come le piante da fiore abbiano avuto così tanto

Mettendo insieme i dati di tutta la letteratura scientifica pubblicata sul tema, e analizzando i dati dei Royal Botanic Gardens – Kew britannico sulle dimensioni del genoma di centinaia di piante, tra cui piante da fiore, gimnosperme (il gruppo di piante di  conifere e ginkgo) e felci, Simonin e Roddy hanno dimostrato che mentre si evolvevano le piante da fiore subivano un ridimensionamento del genoma, intanto  i genomi dei loro parenti più primitivi rimanevano più o meno uguali. I due ricercatori spiegano che «Genomi più piccoli significano la possibilità di creare cellule più piccole» e hanno dimostrato che è in questo modo che le piante da fiore possono costruire reti più complicate per mantenere le loro cellule idratate ed avere  più pori nelle loro foglie per assorbire l’anidride carbonica di cui hanno bisogno per produrre cibo.

I ricercatori hanno poi confrontato queste innovazioni con l’albero genealogico delle piante e dicono che «E’ abbastanza sicuro che le piante da fiore abbiano iniziato a ridimensionare il loro genoma proprio nel momento in cui hanno iniziato a conquistare il mondo. Apparentemente, avere una maggiore varietà di cellular building blocks ha dato loro il margine di cui avevano bisogno per superare le felci e i pini. E’ stata anche una buona cosa. Le piante da fiore ci danno molto del nostro cibo e nutrono anche molti degli animali che ci circondano». Intervistato da BBC News, Simonin ha spiegato ancora: «Si tratta in realtà di una questione di dimensioni delle cellule e di come sia possibile costruire una piccola cella e mantenere ancora tutti gli attributi necessari per la vita».

Ma queste scoperte hanno sollevato altre domande come: perché le piante da fiore erano in grado di ridurre il loro genoma più delle altre? E perché esistono ancora felci e conifere, nonostante i loro grandi genomi e cellule? I ricercatori dicono che il ridimensionamento del genoma si è verificato solo nelle angiosperme e che questo è stato «Un prerequisito necessario per i rapidi tassi di crescita tra le piante terrestri. Le piante da fiore sono il gruppo più importante di piante sulla Terra e ora sappiamo finalmente perché hanno avuto tanto successo».

Simonin ha iniziato a svelare il mistero della piante da fiore seguendo uno strano percorso: mentre stava insegnando in un corso introduttivo di biologia alla San Francisco State University, uno studente gli chiese: «Le balene hanno un genoma grande?» Non lo hanno, ma la domanda dello studente indusse Simonin a pensare alla sua ricerca sulla fisiologia vegetale in un modo diverso.: «Mi ha  spostato lungo tutto il percorso di ricerca sulla dimensione del genoma. Ha reinventato in molti modi la ricerca nel mio laboratorio».

E quella domanda dello studente sta ancora indirizzando la ricerca nel laboratorio di Simonin che ha in programma di studiare alcuni gruppi di piante da fiore che non hanno ridimensionato il loro genoma: «Potrebbe essere che in alcuni ambienti dove la fotosintesi è difficile, per le piante non ci sia alcuna pressione per creare celle più piccole». Se avesse ragione, significherebbe che il rapporto tra la dimensione del genoma e il successo dei fiori è essenziale e che il mistero che inquietava Darwin sarebbe definitivamente risolto.