La pianta carnivora che crea campi magnetici
Per misurare i segnali biomagnetici della Venere acchiappamosche sono stati utilizzati magnetometri atomici
[12 Febbraio 2021]
La dionea o Venere acchiappamosche (Dionaea muscipula è una pianta carnivora che intrappola le prede utilizzando le sue foglie modificate, durante questo processo, segnali elettrici noti come potenziali d’azione innescano la chiusura dei lobi fogliari. Ora lo studio “Action potentials induce biomagnetic fields in carnivorous Venus flytrap plants”, pubblicato su Scientific reports da un team interdisciplinare di ricercatori tedeschi ha dimostrato che «Questi segnali elettrici generano campi magnetici misurabili. Utilizzando magnetometri atomici, è stato possibile registrare questo biomagnetismo».
La principale autrice dello studio, la fisica Anne Fabricant del GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung dell’Helmholtz Institut, spiega: «Si potrebbe dire che fare l’indagine è stato un po’ come eseguire una risonanza magnetica negli esseri umani. Il problema è che i segnali magnetici nelle piante sono molto deboli, il che spiega perché era estremamente difficile misurarli con l’aiuto di tecnologie più vecchie».
I ricercatori tedeschi sottolineano: «Sappiamo che nel cervello umano i cambiamenti di tensione in certe regioni derivano da un’attività elettrica concertata che viaggia attraverso le cellule nervose sotto forma di potenziali d’azione. Tecniche come l’elettroencefalografia (EEG), la magnetoencefalografia (MEG) e la risonanza magnetica (MRI) possono essere utilizzate per registrare queste attività e diagnosticare in modo non invasivo i disturbi. Quando le piante vengono stimolate, generano anche segnali elettrici, che possono viaggiare attraverso una rete cellulare analoga al sistema nervoso umano e animale».
Il team interdisciplinare di ricercatori della Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), dell’Helmholtz-Instituts Mainz (HIM), del Biozentrums della Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) e del Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) di Berlino ha ora dimostrato che «L’attività elettrica nella Venere acchiappamosche è anche associata a segnali magnetici». La Fabricant. dottoranda nel team di ricerca di Dmitry Budker alla JGU e all’HIM, aggiunge: «Siamo stati in grado di dimostrare che i potenziali d’azione in un sistema vegetale multicellulare producono campi magnetici misurabili, qualcosa che non era mai stato confermato prima».
La Dionaea muscipula è dotata di foglie-trappola bilobate con peli sensibili che, se toccate, innescano un potenziale d’azione che attraversa l’intera trappola. Dopo due stimoli successivi, la trappola si chiude e ogni potenziale insetto-preda viene imprigionato all’interno e successivamente digerito. I ricercatori evidenziano che «E’ interessante notare che la trappola è elettricamente eccitabile in vari modi: oltre alle influenze meccaniche come il tatto o lesioni, anche l’energia osmotica, ad esempio i carichi di acqua salata, e l’energia termica sotto forma di caldo o freddo possono innescare potenziali d’azione». Per il loro studio, il team di ricerca tedesco ha utilizzato la stimolazione del caldo per indurre potenziali d’azione, eliminando così fattori di potenziale disturbo nelle misurazioni magnetiche, come il rumore di fondo meccanico.
Alla Johannes Gutenberg-Universität Mainz ricordano che «Mentre il biomagnetismo è stato relativamente ben studiato negli esseri umani e negli animali, finora è stata condotta pochissima ricerca equivalente nel regno vegetale, utilizzando solo magnetometri superconduttori-quantum-interferenza (Superconducting Quantum Interference Devices – SQUID), strumenti ingombranti che devono essere raffreddati a temperature criogeniche. Per l’esperimento in corso, per misurare i segnali magnetici della Venere acchiappamosche, il team di ricerca ha utilizzato magnetometri atomici. Il sensore è una cella di vetro riempita con un vapore di atomi alcalini, che reagiscono a piccoli cambiamenti nell’ambiente del campo magnetico locale. Questi magnetometri a pompaggio ottico sono più attraenti per le applicazioni biologiche perché non richiedono raffreddamento criogenico e possono anche essere miniaturizzati».
E’ così che i ricercatori – finanziati da Deutschen Forschungsgemeinschaft, Carl-Zeiss-Stiftung e Bundesministeriums für Bildung und Forschung – hanno rilevato segnali magnetici con un’ampiezza fino a 0,5 picotesla nella Venere acchiappamosche, il che è milioni di volte più debole del campo magnetico terrestre. La Fabricant spiega ancora che «L’intensità del segnale registrato è simile a quella osservata durante le misurazioni superficiali degli impulsi nervosi negli animali».
I fisici della JGU puntano a misurare segnali ancora più piccoli in altre specie vegetali e concludono che «In futuro, tali tecnologie non invasive potrebbero essere potenzialmente utilizzate in agricoltura per la diagnostica delle piante coltivate, rilevando le risposte elettromagnetiche a sbalzi di temperatura improvvisi, parassiti o influenze chimiche, senza dover danneggiare le piante mediante elettrodi».