“L’intelligenza” delle piante

Le piante sono da sempre le protagoniste misconosciute degli studi evoluzionistici. Eppure dobbiamo alle ricerche botaniche di Darwin, condotte con pazienza per lunghi anni nella sua serra di Down House, alcune delle più importanti scoperte circa i meccanismi della variazione, dell’ereditarietà e della selezione naturale.
Attraverso ripetuti incroci, innesti, ibridazioni e altri esperimenti talvolta bizzarri, fu proprio sulle piante che Darwin sperimentò il potere di addomesticamento della selezione artificiale. Il suo saggio sugli adattamenti e sui riadattamenti ingegnosi delle orchidee, nelle loro incredibili coevoluzioni con gli insetti che ne permettono la fecondazione incrociata, è un piccolo capolavoro di botanica osservativa.
La teoria dell’evoluzione sbocciò dunque anche nel giardino di Darwin e l’Evolution Day 2012 vuole proprio prendere avvio da questa eredità dimenticata, anche in vista dell’importanza di questo tema per l’EXPO di Milano.
Il naturalista inglese fu molto generoso con le sue alleate vegetali: era convinto che le piante avessero capacità di movimento e di comunicazione, sensazioni raffinate, strategie sessuali ineguagliate, abilità di inganno e persino una loro specifica intelligenza.Oggi sappiamo che aveva visto bene, tanto che si parla di una neurofisiologia delle piante e non è più possibile sottovalutare il sofisticato linguaggio chimico attraverso il quale esse si “parlano”.
Ma la biodiversità vegetale è anche alla base della salute dei nostri ecosistemi, garantisce la qualità dell’aria e la fertilità dei suoli, previene i disastri idrogeologici e sostiene la ricchezza della nostra alimentazione, soprattutto in uno dei paesi europei in cui questa diversità vegetale è massima, cioè l’Italia.
Le piante alimentano il pianeta anche sotto forma di bio-combustibili, non senza qualche problema di interdipendenza con le dinamiche dei prezzi, e sono oggi ingaggiate in diversi progetti per la produzione sostenibile di energia rinnovabile.
La loro presenza è diventata un soggetto importante nella progettazione architettonica e urbanistica. Dunque le piante stanno evolvendo insieme con noi, con le nostre città e con le nostre campagne; hanno plasmato la biosfera nel tempo profondo dell’evoluzione, ma stanno anche al centro del nostro futuro, se vogliamo prendere sul serio l’impegno della sostenibilità ambientale. Di tutto questo si parlerà nel nuovo Evolution Day, come sempre grazie all’intervento dei migliori esperti internazionali e italiani, con relazioni rivolte a tutti e serate di approfondimento e di dialogo.

Darwin e la discendenza delle piante
Alessandro Volpone
Seminario di Storia della Scienza,
Università degli Studi di Bari “Aldo Moro”

Darwin ha sempre prestato grande attenzione alle osservazioni botaniche, che hanno avuto un ruolo senza dubbio rilevante nell'elaborazione della sua teoria dell’evoluzione per selezione naturale. Egli ha dedicato specificamente una mezza dozzina di libri al regno vegetale, più ampi riferimenti nell’Origine delle specie e tre capitoli nella Variazione degli animali e delle piante allo stato domestico. Darwin ha discusso della discendenza delle piante ampiamente, studiandone soprattutto gli adattamenti concernenti la riproduzione e il movimento (e.g., nelle rampicanti, o nelle forme carnivore), e ha svolto innumerevoli "esperimenti" di incrocio e di ibridazione nella sua casa-laboratorio di Down, trattando di variazione, ereditarietà e origine delle specie.

Breve introduzione scientifica alle relazioni dell'Evolution Day
Marco Ferrari

[video:http://www.youtube.com/watch?v=QB0PLfYEvqg]

Il tempo, gli alberi, e la diversificazione delle piante a fiore
Peter Stevens
University of Missouri, USA

Per iniziare a comprendere la diversificazione delle piante a fiore (angiosperme), l'evoluzione di oltre 300.000 specie di piante, abbiamo bisogno di un albero filogenetico ben supportato, con una datazione per i punti di ramificazione. Dobbiamo anche sapere dove, su quell'albero, sono avvenuti cambiamenti evolutivi, e il loro significato ecologico e fisiologico. Negli ultimi 25 anni abbiamo fatto notevoli progressi nella comprensione della filogenesi delle angiosperme, ma siamo ancora lontani dal capirne la diversificazione. Per capire a che punto siamo e che cosa rimane da scoprire mi concentrerò sui fiori delle angiosperme, sottolineando la relazione tra la loro evoluzione e l'evoluzione delle angiosperme nel loro insieme, e in particolare su orchidee e piante grasse. Considererò anche l'evoluzione del tessuto vascolare delle piante e la densità di venazione, e come questi possano aver influenzato la diffusione dell'odierno ambiente della foresta pluviale tropicale. Infine discuterò brevemente il ruolo indispensabile dei funghi e degli impollinatori, quali le api delle orchidee e i colibrì, nell'evoluzione delle piante a fiore. Comprendere i più importanti pattern della diversità delle angiosperme rimane una sfida.

Breve introduzione scientifica alle relazioni dell'Evolution Day
Marco Ferrari

[video:http://www.youtube.com/watch?v=QB0PLfYEvqg]

L'“abominevole mistero” di Darwin, oggi
Richard Buggs
Queen Mary University of London, UK

Charles Darwin scrisse molto sui vantaggi evolutivi di differenti tipi di fiore, ma ebbe relativamente poco da dire sulle origini delle stesse piante a fiore. Come è noto, il 22 luglio 1879 scrisse in una lettera al suo amico Joseph Hooker che l'evoluzione delle piante a fiore era “un abominevole mistero”. Due cose lasciavano Darwin perplesso: la prima, la comparsa apparentemente improvvisa di queste piante nel periodo del Cretacico; la seconda, la sorprendente diversità di queste piante. Oggi sono stati fatti molti progressi nella conoscenza dell'evoluzione delle piante, ma vi sono aspetti dei misteri di Darwin che suscitano ancora interrogativi.

Breve introduzione scientifica alle relazioni dell'Evolution Day
Marco Ferrari

[video:http://www.youtube.com/watch?v=QB0PLfYEvqg]

Dibattito con il pubblico successivo alle presentazioni di:

Alessandro Volpone
Darwin e la discendenza delle piante
Università degli Studi di Bari

Peter Stevens
l tempo, l'albero e la diversificazione delle piante a fiore
University of Missouri - St. Louis, USA

Richard Buggs
L'”abominevole mistero” di Darwin, oggi
Queen Mary University of London, UK

Modera Marco Ferrari.

Balzan Lecture
Serata organizzata con la Fondazione Internazionale Balzan “Premio”
Introduce (Convenor): Salvatore Veca, Fondazione Balzan

Perdita di biodiversità: tre numeri, due concetti, un'ipotesi
Ilkka Hanski
Univeristy of Hesinki, Finland

La rapida perdita di biodiversità è una delle maggiori minacce ambientali al benessere a lungo termine dell'umanità. Passerò in rassegna le attuali conoscenze su quanto sia veloce la perdita di biodiversità. Perdita e frammentazione degli habitat naturali sono le principali cause della perdita di biodiversità. In questo contesto discuterò due concetti chiave, la soglia di estinzione e il debito di estinzione. Infine presenterò un'ipotesi che lega la perdita di biodiversità al rapido incremento delle “malattie da civilizzazione” nelle popolazioni urbane dei paesi sviluppati.

Breve introduzione di Ilaria Guaraldi Vinassa de Regny e Salvatore Veca

[video:http://www.youtube.com/watch?v=h9vu3eGt1hc]

Diversità delle piante in Cina e DNA barcoding della flora della Cina
De-Zhu Li
Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences Yunnan, China

La Cina è un paese con una gigantesca diversità con circa 31.000 specie di piante vascolari, inclusi molti 'fossili viventi' sopravvissuti ai cambiamenti climatici delle glaciazioni del Miocene (da circa 23 a 5 maf) e del Pleistocene (da circa 2.4 maf a 10 000 anni fa). Il DNA barcoding sta diventando sempre più importante per una rapida e accurata identificazione delle specie di piante. Parecchi progetti di DNA barcoding sono stati attivati in Cina dal 2008, quando la Cina è diventata un nodo centrale del iBOL (international Barcode Of Life). Il Barcoding Chinese Plants Project in associazione con il Germplasm Bank of Wild Species (GBOWS), una struttura scientifica di ampie dimensioni dell'Accademia delle scienze cinese, è partito nell'agosto del 2009, per identificare mediante barcoding 6.000 specie di piante in Cina, incluse le collezioni di semi nel GBOWS. Più di 60 scienziati, da 22 istituti di ricerca e dell'università, sono stati coinvolti nel progetto.Le Flore, che hanno una lunga storia nella scienza moderna nel contribuire all'inventario e alla documentazione delle piante conosciute per una data regione politica o floristica, sono essenziali per affrontare questioni chiave delle scienze della biodiversità: tassonomia, filogenesi, evoluzione, ecologia, biogeografia e conservazione. Ci si è anche impegnati per presentare sul Web alcune Flore come e-Flore, come la Flora della Cina e la Flora del nord America del Missouri Botanical Garden. In meno di un decennio l'analisi e il barcoding del DNA hanno silenziosamente rivoluzionato aree di studio quali la tassonomia, la sistematica e gli studi evoluzionistici. Il DNA barcoding ci permette anche l'identificazione di specie criptiche e aiuta a definire, in combinazione con la morfologia, i confini tra specie di piante. Ci è chiaro che le prossime generazioni di Flore, o iFlore, dovranno non solo essere ipertestuali, dinamiche e disponibili in una varietà di formati (quali iPad, iPhone o altre piattaforme di smartphone) con chiavi interattive come nelle e-Flore, ma dovrebbero anche incorporare completamente il DNA barcoding come pure strumenti di identificazione avanzati supportati da computer. Queste integrazioni combinerebbero il potere diagnostico del DNA barcoding con le tradizionali conoscenze della tassonomia, offrendo nuovi potenti strumenti per monitorare, conservare e utilizzare la biodiversità.

Breve introduzione scientifica alle relazioni dell'Evolution Day
Silvia Bencivelli

[video:http://www.youtube.com/watch?v=QPBu6_GiNhM]

Coevoluzione nell’interazione piante-insetti erbivori
Massimo Maffei
Dipartimento di Biologia Vegetale Università degli Studi di Torino

La coevoluzione ha prodotto numerosi e complessi adattamenti, fornendo contributi significativi alla biodiversità attraverso la radiazione co-adattativa di gruppi interagenti (come fra insetti erbivori e piante). Si ritiene che la co-evoluzione fra le piante e i loro nemici naturali abbia generato gran parte della diversità biologica del nostro pianeta. Un processo analogo alla co-evoluzione avviene in agricoltura, dove i nemici naturali si adattano ai caratteri di resistenza introdotti dal miglioramento genetico o dall’ingegneria genetica. A causa di questa somiglianza lo studio dei meccanismi di resistenza delle colture aiuta a comprendere il meccanismo co-evolutivo messo in atto dalla natura, mentre i principi evoluzionistici, compresi quelli che derivano dagli studi sui processi co-evoluzionistici naturali, sono applicati nella gestione dei meccanismi di resistenza delle colture geneticamente ingegnerizzate. I nuovi strumenti offerti dalla genetica molecolare e comparata, insieme alle nuove teorie evoluzionistiche, forniscono strumenti per studiare e comprendere le basi genetiche dei processi co-evolutivi e della co-speciazione.Darwin per primo intuì che le interazioni ecologiche fra le specie sono i processi più importanti che portano all’evoluzione adattativa e alla diversificazione delle specie. Il modelli co-evolutivi derivano dal processo di co-evoluzione, che avviene ogni qualvolta due specie che interagiscono ecologicamente esercitano pressioni selettive reciproche che portano all’eriditarietà della risposta. Anche se la maggior parte delle interazioni fra le specie genera un pressione reciproca, il risultato che ne emerge nel tempo varia con la natura dell’interazione ecologica, dell’architettura genetica dei caratteri co-evoluti e con il grado di co-trasmissione fra le generazioni.
Esistono alcuni criteri per documentare l’esistenza di un processo co-evolutivo fra piante ed erbivori e la presenza e la documentazione di tali interazioni evoluzionistiche dipendono dall’esistenza di numerose condizioni che saranno trattate nella presentazione quali: variazioni intraspecifiche in proporzione all’entità del danno causato da erbivori; la presenza o la concentrazione di uno o più metaboliti secondari; varianze genetiche additive per la produzione di un dato composto in funzione del danno subito; variabilità intraspecifica gli erbivori nella capacità di tollerare i metaboliti secondari.

Piante alpine e cambiamenti climatici: sopravvivenza o estinzione?
Graziano Rossi
Laboratorio di Ecologia vegetale e Conservazione delle piante
Università degli studi Pavia

I cambiamenti climatici in corso minacciano la sopravvivenza delle piante alpine che nel corso della loro esistenza hanno evoluto adattamenti per sopravvivere alle severe condizioni ambientali presenti in alta montagna. Quale sarà il loro destino? Saranno in grado di adattarsi e sopravvivere all’innalzamento delle temperature o alla minor durata della copertura nevosa? Saranno costrette a migrare in quota cercando condizioni più favorevoli? Oppure sono destinate all’estinzione?Lo scopo di molte ricerche è quello di prevedere quali saranno le conseguenze degli scenari futuri.Mentre è già in atto la risalita in quota, alcune specie sono già scomparse.Per ora il fenomeno sembra interessi più il livello di specie piuttosto che di comunità. Sul piano eco-fisiologico e della biologia riproduttiva, simulazioni in campo ed esperimenti in laboratorio mostrano che le risposte variano da specie a specie, e che l’effetto di per sé non è sempre negativo.Infine, sul piano della conservazione preventiva, si moltiplicano i programmi di raccolta e stoccaggio di semi in banche del germoplasma, sia a scopo conservativo, che per futuri eventuali interventi di migrazione assistita.

Dibattito con il pubblico successivo alle presentazioni di:

De-Zhu Li
Diversità delle piante in Cina e DNA barcoding della flora della Cina
Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences Yunnan, China

Massimo Maffei
Coevoluzione nell’interazione piante-insetti erbivori
Dipartimento di Biologia Vegetale
Università degli Studi di Torino

Graziano Rossi
Piante alpine e cambiamenti climatici: sopravvivenza o estinzione?
Laboratorio di Ecologia vegetale e Conservazione delle piante
Università degli studi Pavia

Modera Silvia Bencivelli.

Le piante alla conquista del mondo civilizzato
L'invasione delle spiecie aliene
Gabriele Galasso