Il profumo dei fiori e i ritmi circadiani


    Il profumo dei fiori, così come il loro colore sgargiante e la morfologia complessa, è un'efficace stratagemma messo a punto dalle piante per attirare gli impollinatori.

    La fragranza dei fiori è specifica per ogni pianta e costituita da una miscela di piccole (100-250D) molecole volatili che appartengono per lo più a tre gruppi di composti: fenilpropanoidi/benzenoidi, terpenoidi e derivati degli acidi grassi.

    La concentrazione di ogni singolo composto è determinante: due fragranze diverse possono contenere concentrazioni diverse di composti uguali e uno stesso composto può avere un odore disgustoso ad elevata concentrazione e un profumo piacevole a concentrazioni molto più basse.

    Si è attribuito al profumo dei fiori anche un ruolo in processi vegetativi: questi composti volatili dispersi nell'ambiente potrebbero non solo respingere gli erbivori o attirarne i predatori, ma anche funzionare come segnali diretti a piante vicine o a parti sane di una pianta infettata per attivare specifici geni di difesa.

    La fragranza dei fiori può variare sia quantitativamente che qualitativamente nel corso della vita del fiore stesso e questo in funzione dell'età, dello stato di impollinazione o delle condizioni ambientali (la temperatura sembra incidere sensibilmente sul livello di emissione di composti volatili).

    Smettere di attirare impollinatori una volta avvenuta l'impollinazione serve a preservare intatto il fiore fecondato e ottimizza l'azione degli impollinatori attirati solo da fiori non ancora impollinati.

    Questa regolazione avviene per diretta modulazione del processo di emissione o per semplice senescenza e perdita delle parti "profumate" del fiore (petali, stigma o stilo).

    Di certo è un grande vantaggio evolutivo per una pianta profumare di più quando il proprio impollinatore è più attivo.

    Questa strategia, non universalmente adottata, permette di risparmiare energia e di evitare la visita inefficace di impollinatori generici che disperderebbero inutilmente il polline.

    Ma, dato che gli impollinatori non specifici potrebbero supplire all'eventuale scarsità di "buoni" impollinatori, è stata formulata l'ipotesi che alcuni composti vengano emessi per attirare gli impollinatori specifici, altri per gli impollinatori generici e altri, in alcuni fiori, per respingere i visitatori indesiderati.

    È stato riscontrato spesso che le piante impollinate da insetti attivi di giorno (ad esempio le api) profumano di giorno, mentre fiori visitati da insetti notturni (ad esempio le falene) profumano soprattutto di notte.

    Si credeva inizialmente che nelle piante impollinate di giorno l'emissione di profumo fosse modulata dalla luce, mentre nelle piante impollinate di notte la regolazione fosse a carico di un orologio biologico indipendente da fattori ambientali.

    Di recente, però, è stato pubblicato uno studio estremamente interessante sulla regolazione circadiana dell'emissione di profumo della bocca di leone, un fiore ad impollinazione diurna (1).

    Questo fiore ha un picco di emissione di fragranza durante il giorno (tra le 9.00 e le 16.00) in corrispondenza del momento di massima attività  del calabrone, il suo impollinatore.

    Dall'analisi dell'emissione del metilbenzoato (il principale componente del profumo della bocca di leone) in condizioni di fotoperiodo normale (12 ore di luce e 12 ore di buio), in luce costante, in buio costante e in condizioni di fotoperiodo alterato (luce e buio invertiti) si è dedotta la natura circadiana della sua ritmicità .

    Tre condizioni sono infatti rispettate: la periodicità  circadiana, la persistenza del ritmo in buio e in luce costante, il progressivo adattamento in condizioni di fotoperiodo alterato. (x)

    Estendendo l'analisi all'enzima responsabile della sintesi del metilbenzoato (una metiltransferasi) si è messa in luce una ritmicità  seppure molto meno marcata della sua attività  che rimane però alta anche di notte quando l'emissione di metilbenzoato è bassa.

    Ciò indica che l'enzima non è il principale responsabile delle oscillazioni dell'emissione di profumo.

    Il fattore determinante sembra essere invece il livello di substrato della reazione, ossia l'immediato precursore del metilbenzoato, l'acido benzoico a sua volta dipendente dall'attività  ciclica dell'enzima che sta a monte della sua sintesi, la PAL (fenilalanina ammmonio liasi), la cui regolazione si svolge a livello di espressione genica.

    Un meccanismo molecolare del tutto analogo sembra essere coinvolto anche nell'emissione notturna di metilbenzoato da parte dei fiori di tabacco e di petunia.

    La sincronizzazione tra la profumazione dei fiori e l'attività  degli impollinatori è un sorprendente esempio di coevoluzione che sarà  meglio compreso analizzando in dettaglio anche il complesso comportamento degli insetti.

    Il profumo dei fiori è un aspetto della biologia delle piante troppo a lungo trascurato: poche piante sono coltivate oggigiorno per il loro profumo e ripetuti incroci mirati a migliorare caratteri commercialmente interessanti come il colore, la forma o la durata dei fiori recisi, hanno creato molte varietà ornamentali prive di profumo.

    E se resta complicato definire quantitativamente la composizione chimica dei profumi, molti progressi si stanno facendo per decriptare le basi genetiche di quello che è un vero e proprio linguaggio dei fiori.

    (x) I ritmi che si accordano approssimativamente con il tempo di rotazione terreste (hanno cioè una periodicità di circa 24 ore) e che persistono in assenza di stimoli esterni vengono detti circadiani.

    I ritmi circadiani, presenti nella maggior parte degli eucarioti e in alcuni procarioti, sono controllati da un oscillatore endogeno detto orologio circadiano che permette agli organismi di anticipare i cambiamenti ritmici dell'ambiente e di accordare di conseguenza il loro stato fisiologico.

    Un orologio circadiano per essere efficace deve poter aggiustare il proprio ritmo a quello dell'ambiente rispondendo ad esempio a variazioni di luce, temperatura o disponibilità di nutrienti.

    Il sistema circadiano è stato spesso descritto come costituito di tre parti: un oscillatore centrale che genera la ritmicità, un'entrata che trasmette all'oscillatore le condizioni ambientali e un'uscita che determina concretamente i ritmi dei diversi processi orologio-dipendenti.

    Al di là di questo modello semplificato ciò che determina il ritmo circadiano sembra essere in realtà  un complesso sistema di regolazione a feedback i cui meccanismi molecolari sono attualmente studiati in dettaglio.

    Bibliografia

    Harmer, S.L., Panda, S., Kay, S.A. (2001). Molecular bases of circadian rhythms. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 17: 215-53.

    (1) Kolosova, N., Gorenstein, N., Kish, C.M., Dudareva, N. (2001). Regulation of circadian methyl benzoate emission in diurnally and nocturnally emitting plants. Plant Cell 13, 2333-2347.

    Sitografia

    Regulation of Circadian Methyl Benzoate Emission in Diurnally and Nocturnally Emitting Plants - The Plant Cell www.plantcell.org/cgi/content/abstract/13/10/2333

    Circadian rhythm - From Wikipedia, the free encyclopedia http://en.wikipedia.org/wiki/Circadian_rhythm

    Journal of Circadian Rhythms www.jcircadianrhythms.com



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