Interazioni nascoste

Formiche tagliafoglie che coltivano funghi diligentemente, bombi che raccolgono minuscole quantità di elettricità emesse dai fiori: tutto fa parte di un invisibile rete interattiva dispiegata intorno a noi. Questo episodio celebra la complessità del nostro mondo naturale.

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00:00:00:00 - 00:00:39:24 Abigail Acton Questo è CORDIScovery. Benvenuti a questo episodio di CORDIScovery. Io sono Abigail Acton. Sapevate che quando le antilopi si nutrono delle foglie di un’acacia, essa emette etilene, che funge da segnale di allarme per gli altri alberi vicini? Il gas può diffondersi fino a 45 metri di distanza e, nel giro di mezz’ora, le acacie che captano il segnale lavano le loro foglie con tannini molto amari, per renderle meno appetibili agli animali. 00:00:40:01 - 00:01:00:07 Abigail Acton In concentrazioni elevate, i tannini possono addirittura essere letali. La maggior parte di noi si concentra su ciò che può essere sentito o udito: possiamo sentirci a vicenda tra esseri umani e sappiamo che quando un cane abbaia è in atto un qualche tipo di comunicazione, ma siamo meno consapevoli delle interazioni esistenti intorno a noi che non percepiamo. Quindi, proviamo a ripensarci. 00:01:00:09 - 00:01:27:12 Abigail Acton Formiche tagliafoglie che coltivano funghi diligentemente, bombi che raccolgono minuscole quantità di elettricità emesse dai fiori: tutto fa parte di un invisibile rete interattiva dispiegata intorno a noi. E forse possiamo lavorare all’interno di questa rete interconnessa: i gas di avvertimento emessi dalle colture cerealicole attaccate dai parassiti potrebbero, ad esempio, portare all’adozione di un approccio più mirato all’impiego dei pesticidi? 00:01:27:14 - 00:01:51:06 Abigail Acton Benvenuti a questo episodio di CORDIScovery, in cui celebriamo le complessità nascoste del mondo con la partecipazione di Daniel Robert, docente di bionanoscienze presso la Scuola di scienze biologiche dell’Università di Bristol nel Regno Unito. Daniel esplora il modo in cui gli insetti rispondono a deboli campi elettrostatici, una forma di interazione tra le piante e i loro impollinatori che non era stata sinora rilevata. Salve, Daniel. 00:01:51:09 - 00:01:52:21 Daniel Robert Buongiorno. Grazie dell’invito. 00:01:52:23 - 00:02:11:20 Abigail Acton È un piacere averla con noi. Ted Turlings lavora presso l’Università di Neuchâtel in Svizzera, dove è docente di ecologia chimica. Svelando le modalità con cui le piante si difendono dagli attacchi degli insetti e il modo in cui si sono evoluti gli insetti specializzati, il team di Turlings si augura di creare nuovi metodi sostenibili di controllo dei parassiti. Buongiorno, Ted. 00:02:11:22 - 00:02:12:24 Ted Turlings Salve, è un piacere essere qui. 00:02:13:05 - 00:02:28:11 Abigail Acton È un piacere averla con noi. Docente associato di ecologia ed evoluzione presso l’Università di Copenhagen, in Danimarca, Jonathan Shik è particolarmente interessato alle formiche, e soprattutto alla loro coesistenza con altre specie e al modo in cui sopravvivono in ambienti diversi colpiti dai cambiamenti climatici. Salve, Jonathan. 00:02:28:13 - 00:02:29:18 Jonathan Shik Buongiorno. È un piacere essere qui. 00:02:29:22 - 00:02:49:19 Abigail Acton È un piacere averla con noi. Daniel, inizierò da lei. Il progetto ElectroBee ha studiato il primo esempio mai individuato di ricezione elettrica in un mezzo non conduttivo: la capacità dei bombi di rilevare e percepire i deboli campi elettrici che si formano quando si avvicinano a un fiore. Può dirci qualcosa di più su cosa sia l’elettroricezione, Daniel? 00:02:49:24 - 00:03:25:04 Daniel Robert Certo. L’elettoricezione è la capacità degli organismi di rilevare i campi elettrici e tutti i tipi di cariche, un’abilità studiata da ben 60 anni negli squali, nelle razze e in genere negli animali acquatici in un mezzo conduttivo, ovvero l’acqua. Quindi, la comprensione del suo funzionamento in tal ambito è abbastanza buona. Tuttavia, non era mai stata presa in considerazione in un ambiente non conduttivo, come l’aria, dove vive come sappiamo la maggior parte delle specie, compresi moltissimi artropodi. 00:03:25:06 - 00:03:31:22 Daniel Robert Abbiamo pertanto accettato questa piccola sfida cercando di verificare la possibilità che, se esiste nell’acqua, potrebbe esistere anche nell’aria. 00:03:31:24 - 00:03:40:02 Abigail Acton Affascinante. Assolutamente geniale. E cosa avete fatto in concreto per stabilire se ciò stava effettivamente accadendo? Può parlarmi un po’ di più degli esperimenti che avete condotto nell’ambito di ElectroBee? 00:03:40:07 - 00:04:06:00 Daniel Robert Abbiamo capito che c’era dell’attività a livello elettrico quando abbiamo concisamente guardato dei video di YouTube al fine di riprodurli successivamente in laboratorio, osservando letteralmente il polline che saltava dai fiori alle api. In laboratorio erano presenti studenti con competenze di vario tipo: alcuni erano fisici, altri biologi, ma tutti hanno osservato il fenomeno e un fisico ha affermato: ma guardate, non cadono! 00:04:06:00 - 00:04:30:01 Daniel Robert Il polline non cade a caso: va dritto. Quella piccola curva che potete vedere nel video indica la presenza di un campo elettrico. Pertanto, da quel momento abbiamo pensato: dato che tutta la materia è carica nell’universo, non è solo sulla Terra e tra api e fiori che dobbiamo studiare le cariche elettrostatiche che avvengono tra api e fiori. 00:04:30:03 - 00:04:51:04 Daniel Robert Così abbiamo condotto degli esperimenti in cui abbiamo dato alle api la possibilità di scegliere, in pratica, di andare verso un particolare tipo di fiore che abbiamo collocato in laboratorio, inizialmente molto artificiale: mentre in uno era presente elettricità e un po’ di zucchero, l’altro era senza elettricità e senza zucchero. E ci siamo chiesti: possono apprendere? Le api possono apprendere la differenza tra i due fiori? 00:04:51:06 - 00:04:56:05 Daniel Robert E guarda caso, questo è stato uno di quei momenti di sorpresa in cui abbiamo capito che sì, possono distinguere questa differenza. 00:04:56:11 - 00:05:13:13 Abigail Acton Fantastico. E come si è manifestato tutto ciò? Voglio dire, prima di tutto, come avete misurato la quantità di carica elettrostatica emessa dalle piante? Credo che si tratti dello stesso fenomeno che accade quando ci troviamo vicino a un televisore a raggi catodici, se qualcuno se li ricorda. Sì, sto rivelando un po’ la mia età dicendolo: i peli sulle braccia, in tal caso, si rizzano. 00:05:13:13 - 00:05:17:24 Abigail Acton O quando sfreghiamo un palloncino sulla testa alla festa di compleanno di un bambino. Stiamo parlando di quel tipo di carica elettrica, vero, Daniel? 00:05:18:03 - 00:05:20:19 Daniel Robert Proprio così: si tratta di campi molto deboli. 00:05:20:19 - 00:05:33:00 Abigail Acton Sì, esattamente. Campi deboli e invisibili. Mi dica di più su come ha effettivamente misurato la quantità di carica emessa dai fiori. Inoltre, ha detto che le api hanno appreso: come l’avete osservato concretamente? Come avete verificato che stavano apprendendo? 00:05:33:00 - 00:06:06:15 Daniel Robert Ebbene, una delle sfide è stata costituita, ovviamente, dalla necessità di rendere visibili o misurabili questi campi. Essi, infatti, nonostante le piccole dimensioni, sono misurabili; il problema è che, per misurare i campi elettrici, non esiste l’equivalente di una telecamera o un microfono. Ciò che si può misurare, tuttavia, è l’effetto esercitato da un campo su un oggetto. Di conseguenza, la questione si può risolvere in questo modo: mettiamo un’ape di fronte a differenze a livello di campi elettrici e facciamo in maniera che l’insetto, attraverso l’apprendimento associativo, impari se esiste un’elevata probabilità di trovare la fonte di zucchero. 00:06:06:17 - 00:06:29:24 Daniel Robert Quando è presente un campo elettrico in quel particolare fiore, analizzando il comportamento dell’ape possiamo scoprire se è in grado di rilevare o meno quel campo. E naturalmente, trattandosi di un esperimento di controllo, abbiamo annullato tutto ciò che sappiamo essere presente in quella particolare arena di volo, ovvero tutti gli altri campi elettrici, e abbiamo dimostrato che le api avevano imparato a trovare la fonte di zucchero sulla base della presenza di un campo. 00:06:30:01 - 00:06:44:18 Daniel Robert Quando il campo non c’era, le api non riuscivano a trovare la fonte di zucchero, sebbene fossero dotate della capacità di apprendere. Il bello delle api è che si può insegnare loro qualcosa e poi, in pratica, metterle alla prova: verificare se si ricordano di quanto imparato e se riescono ancora a trovare la fonte di ciò che vogliono, lo zucchero. 00:06:44:22 - 00:06:46:07 Daniel Robert Questo è ciò che abbiamo fatto. 00:06:46:09 - 00:06:52:18 Abigail Acton Fantastico. E mi risulta che, a un certo punto, le abbiate fatte volare attraverso dei cerchi. Può spiegare in breve il motivo alla base di questa operazione? 00:06:52:23 - 00:07:17:16 Daniel Robert Certo. volevamo misurare quantitativamente il tipo di carica di cui erano dotate le api. Negli anni ’70 e ’80 si scoprì che le api avevano una carica positiva; partendo anche da questo presupposto, sapevamo che sarebbe avvenuta un’interazione elettrostatica, come quella del palloncino di cui parlava prima. Pertanto, abbiamo pensato che un modo per misurare l’elettricità o l’elettrostatica senza contatto era quello di impiegare un cerchio o un anello di rame. 00:07:17:20 - 00:07:40:01 Daniel Robert E siamo inoltre riusciti ad addestrare le api a volare attraverso i cerchi, il che era necessario ed è stato molto divertente. Quando l’ape, in qualità di oggetto carico, vola attraverso il cerchio, induce una piccola corrente; misurando quest’ultima con l’unità di misura che preferiamo, possiamo assicurarci del fatto che l’insetto sta fornendo una carica al fiore. 00:07:40:03 - 00:07:59:21 Daniel Robert E quindi, naturalmente, abbiamo anche misurato il modo in cui il fiore reagisce a quella carica, un fenomeno che, tecnicamente, si chiama «ricarica a specchio»: se l’ape, ad esempio, fornisce al fiore cinque cariche positive, quest’ultimo verrà dotato di cinque cariche negative. Si svolgerà un processo di addizione e sottrazione in cui il fiore riveste un ruolo inerte. 00:07:59:22 - 00:08:05:04 Daniel Robert Passivo, seduto in silenzio, effettivamente coinvolto nel processo elettrostatico in atto con l’ape. Incredibile! 00:08:05:04 - 00:08:11:01 Abigail Acton Quindi, tra l’ape e il fiore si sta davvero realizzando un’interazione diretta. Eccellente, Daniel. E perché? Qual è il vantaggio di ciò? 00:08:11:04 - 00:08:39:04 Daniel Robert E questo era l’interrogativo chiave, quando pensavamo al polline che salta dal fiore all’ape. Ovviamente, si tratta di un fenomeno già osservato sin dai tempi di Aristotele: vi sono, come dire, dei primi rapporti che ne parlano. Per noi, tuttavia, ciò che importava è che, quando vedevamo le api interagire con i fiori, questi ultimi modificavano il loro stato elettrico in funzione di tali interazioni, il che ci dimostra non solo la loro presenza, ma anche che le api ne erano a conoscenza. 00:08:39:06 - 00:09:18:23 Daniel Robert Era questa la questione fondamentale. Le api sono a conoscenza della presenza di questi campi e quindi, per farla breve, l’idea era che se il fiore modifica il proprio stato elettrico, ciò significa che quando un’ape sorvola un prato non tutti i fiori hanno la stessa carica elettrostatica e se i fiori che sono già stati visitati dalle api sono dotati di un’elettricità diversa o un diverso livello di elettrostaticità, ciò fornisce alle api l’informazione, come abbiamo verificato in laboratorio, della diversa quantità di nettare o di polline di cui dispongono e che i loro sforzi di foraggiamento potrebbero non valere la pena, in quanto il tempo è prezioso per questi insetti. 00:09:19:01 - 00:09:29:23 Daniel Robert E questo è ciò che abbiamo potuto dimostrare: quando sono presenti molti fiori e alcuni sono dotati di stati elettrostatici diversi, le api sono in grado di rilevarli efficacemente e cercano di evitarli, per poi ritornare in seguito. 00:09:30:00 - 00:09:46:03 Abigail Acton Davvero Davvero E poi, immagino, avrete preso in considerazione anche altri insetti: sto pensando, ad esempio, agli impollinatori notturni che si affidano a sensi diversi dal colore e dalla vista, come le falene e altre specie. Questo processo avviene anche per gli impollinatori che agiscono di sera e di notte? 00:09:46:03 - 00:10:16:00 Daniel Robert Certo. È stato necessario svolgere ulteriori ricerche: abbiamo ampliato la portata del progetto ElectroBee per scoprire cosa sono in grado di fare gli altri impollinatori al riguardo. Naturalmente, non partiamo dall’ipotesi che tutti gli insetti e tutti i fiori si comportino allo stesso modo: sappiamo che esiste una grande diversità, ma abbiamo potuto rilevare che alcune falene si sono caricate elettrostaticamente, mentre altre, come gli sfingidi, che volano molto velocemente e sfruttano il vento in maniera particolarmente efficace, in realtà non si caricano allo stesso modo. 00:10:16:02 - 00:10:37:15 Daniel Robert Pertanto, possiamo dire che la valuta di scambio è completamente diversa. Probabilmente vengono messi in atto diversi trucchi del mestiere, ma riteniamo che, in generale, i fiori debbano fare qualcosa per mantenere la clientela degli impollinatori. E per questo impiegano colori, odori e strutture invitanti. E vorremmo aggiungere che devono anche essere dotati di un campo elettrico molto attraente. 00:10:37:15 - 00:10:39:24 Daniel Robert Per quanto possa sembrare strano a prima vista. 00:10:40:01 - 00:10:52:05 Abigail Acton È assolutamente meraviglioso. È un mondo completamente nascosto, non è vero? E incredibilmente complesso. E avete individuato altri esempi di ciò, Daniel? Ad esempio, interazioni tra predatore e preda, piuttosto che tra impollinatore e polline. 00:10:52:08 - 00:11:17:18 Daniel Robert Sì, certo. Ci siamo concentrati sull’impollinazione perché è in quest’ambito che abbiamo osservato per la prima volta il fenomeno e l’abbiamo studiato; successivamente, tuttavia, ci siamo spinti un po’ più in là. E infatti uno dei miei studenti, Sam England, è riuscito a registrare con questo sistema di cerchi di cui parlavo prima la carica di cui sono dotate diverse vespe predatrici, come la vespula vulgaris, la vespa comune, e anche alcune vespe in Costa Rica, posizionandoli davanti ai loro nidi. 00:11:17:22 - 00:11:36:11 Daniel Robert Bisogna essere coraggiosi per farlo. Grazie a questo metodo, è stato possibile misurare la presenza delle cariche. Lo studente, quindi, ha misurato anche i bruchi e abbiamo scoperto che questi insetti sono più propensi ad assumere un comportamento difensivo e a mantenerlo, il che si può considerare come l’equivalente dell’elettricità per il volo delle vespe, che come sappiamo sono dotate di un campo elettrico. 00:11:36:11 - 00:11:56:13 Daniel Robert Così abbiamo potuto registrarlo tramite gli elettrodi. E se riproduciamo, in assenza di vespe, questo segnale elettrico attraverso l’aria, che non è conduttiva per i bruchi, questi ultimi rimarranno in modalità difensiva e cominceranno ad agitarsi, saltando giù dalle foglie. È quindi possibile qualsiasi tipo di comportamento, drammatico o meno. 00:11:56:13 - 00:12:21:16 Daniel Robert Ma i bruchi, in base a quanto sappiamo ora, sono consapevoli della presenza dei loro predatori attraverso il campo elettrico che si crea tra loro e questi ultimi; tuttavia, non siamo ancora sicuri del fatto che ciò sia generalizzabile a tutti i bruchi e tutte le api. Ma per quanto riguarda quelli che abbiamo osservato, almeno per questi tre esempi, compreso quello nei tropici, ora possiamo osservare che esiste un nuovo canale tra prede e predatori, creato da questo campo elettrico. 00:12:21:19 - 00:12:38:16 Abigail Acton È semplicemente meraviglioso. Sto pensando al fatto che mi piace molto registrare questi podcast, in quanto ogni volta vengo spinta a provare un vago senso di arroganza: sembra che pensiamo sempre di sapere tutto ciò che accade intorno a noi, poi apriamo una pagina e improvvisamente scopriamo un intero mondo che non abbiamo mai preso in considerazione da vicino. Grazie mille. 00:12:38:16 - 00:12:43:01 Abigail Acton È stata una spiegazione affascinante. Qualcuno ha delle domande per Daniel? Sì, prego, Ted. Chieda pure. 00:12:43:14 - 00:13:03:00 Ted Turlings Quindi, Daniel, ci stava spiegando che questa carica elettrica proveniente dai fiori consente alle vespe di determinare quali di essi offrono loro la maggior quantità di polline o di nettare. I bombi. Ciò non dà la possibilità ai fiori di imbrogliare e di manipolare la propria carica? 00:13:03:05 - 00:13:14:05 Abigail Acton Mi intrometto perché penso che sia una domanda meravigliosa: in effetti, Daniel, me lo stavo chiedendo anch’io. Per esempio, le vespe possono camuffare il proprio comportamento? Voglio dire, gli insetti e le piante giocano con questo processo? Perché deve esistere da millenni. 00:13:14:07 - 00:13:51:09 Daniel Robert Penso di sì. Credo che sia un’ottima domanda, perché sappiamo che non appena vengono trasmessi segnali tra organismi diversi, possono essere diversi come lo sono tra di loro una pianta, un’ape e un bruco. C’è margine per esagerare i tratti, ma anche per nascondere la verità. Pensiamo che per i fiori che beneficiano di quella che nel settore viene chiamata costanza del fiore, in cui il polline deve tornare al fiore della stessa specie grazie ad impollinatori seriali che si attengono effettivamente allo stesso tipo di fiore giorno per giorno, non valga la pena mentire. 00:13:51:10 - 00:14:12:16 Daniel Robert Tuttavia, ci sono altri fiori più effimeri, che si aprono o magari necessitano anche di essere scossi, o autoimpollinati, oppure il polline è caratterizzato da una specificità molto più alta e può permettersi di stare da qualche altra parte, per poi venire raccolto di nuovo. Esiste ogni sorta di possibilità, per cui Ted sta in effetti chiedendo se alcuni fiori potrebbero non reagire allo stesso modo. 00:14:12:20 - 00:14:28:05 Daniel Robert Purtroppo non abbiamo ancora trovato un esempio, ma l’idea è che l’elettricità potrebbe servire solamente per attirare gli insetti e imitare i fiori belli e attraenti. Così tutti i fiori avrebbero un bel colore e un buon profumo, ma anche un buon sapore elettrico, per così dire. 00:14:28:09 - 00:14:48:13 Abigail Acton Fantastico. Grazie mille, è stata una spiegazione eccellente Daniel, lo apprezzo molto. Ted, passerò a lei adesso. A dire il vero, comincio a provare un po’ di pena per i bruchi, e continuando ad ascoltare il podcast si capirà perché. Quindi, il vostro progetto AGRISCENTS si è proposto di sviluppare un nuovo dispositivo di rilevamento in grado di interpretare il momento in cui una pianta emette odori, indicando che è sotto attacco. 00:14:48:15 - 00:14:53:15 Abigail Acton Ted, cosa l’ha spinta a studiare il ruolo svolto dalle sostanze chimiche volatili nelle interazioni biotiche? Può spiegarlo? 00:14:53:17 - 00:15:13:24 Ted Turlings Certo. Si tratta di una ricerca effettuata molto tempo fa, quando ho iniziato il mio dottorato di ricerca, che ho svolto presso l’Università della Florida. Mi è stato affidato il compito di scoprire il modo in cui le vespe parassite, insetti simili alla vespa descritta da Daniel, predano i bruchi, trovandoli e deponendovi successivamente le proprie uova. 00:15:14:01 - 00:15:45:20 Ted Turlings E dopo aver realizzato alcuni test comportamentali, ho scoperto che, in realtà, ricorrono all’impiego degli odori delle piante per trovare i bruchi che se ne nutrono. E dopo aver studiato questo aspetto in modo più dettagliato, abbiamo scoperto che le piante rispondono all’attacco dei bruchi producendo un odore molto specifico in grado di attirare le vespe. Ciò che è affascinante in relazione a questo odore è che non è solo un danno meccanico apportato da questi bruchi, ma c’è qualcosa nelle secrezioni orali e nella saliva 00:15:45:21 - 00:15:59:05 Ted Turlings di questi bruchi che viene riconosciuto dalle piante, che quindi iniziano a sintetizzare nuovi composti volatili per poi emetterli. Ed è in questo modo che la pianta, con le sue sostanze volatili, attira le vespe. 00:15:59:09 - 00:16:12:21 Abigail Acton È semplicemente stupefacente, davvero. Può dirci qualcosa di più al riguardo? Perché credo che abbiate condotto esperimenti in cui le piante non venivano necessariamente danneggiate dal bruco, ma la vespa arrivava comunque: me ne può parlare più dettagliatamente? 00:16:13:02 - 00:16:42:12 Ted Turlings Sì. Effettivamente, in seguito abbiamo scoperto che queste secrezioni orali erano importanti in questo contesto. Abbiamo danneggiato meccanicamente le piante rilevando che, se non si aggiunge la saliva dei bruchi alle aree danneggiate, i volt emessi erano drasticamente minori; inoltre, molti dei composti normalmente emessi dalle piante in risposta all’attacco dei bruchi non venivano rilasciati. In tal modo, siamo riusciti a dimostrare l’importanza di questa secrezione orale. 00:16:42:12 - 00:17:03:00 Ted Turlings Abbiamo quindi sviluppato un biosaggio che ci ha permesso di incubare le piante, lavorando con piante di mais tagliate allo stelo e messe in una soluzione con o senza saliva di bruco. Ciò che abbiamo rilevato è stata un’enorme differenza nelle sostanze volatili emesse dalle piante, anche se le foglie non risultavano danneggiate dopo diverse. Sì. 00:17:03:02 - 00:17:13:23 Abigail Acton Davvero intrigante, assolutamente. Si tratta di un fenomeno veramente affascinante; ma avete un’idea di un’applicazione che potrebbe essere sviluppata a partire da queste conoscenze? 00:17:14:03 - 00:17:39:16 Ted Turlings Sì, è proprio questo di cui si occupa il progetto AGRISCENTS: stiamo indagando su tale aspetto. Abbiamo pensato che, dato che le vespe erano in grado di riconoscere le piante grazie all’attacco dei bruchi, forse saremmo stati in grado di rilevarlo anche noi. E se l’odore della pianta fosse sufficientemente specifico, analizzandolo sarebbe possibile individuare anche il tipo di insetto che si sta nutrendo della pianta stessa. 00:17:39:18 - 00:17:54:02 Ted Turlings Esistono sottili differenze tra le diverse specie di bruchi; tuttavia, anche altri insetti e persino agenti patogeni, come batteri e funghi che individuano le piante, le inducono a produrre odori specifici. 00:17:54:07 - 00:18:09:02 Abigail Acton E questi odori vengono prodotti sistematicamente dalle piante per proteggersi, come, ad esempio, nei confronti delle vespe predatrici? Oppure sono semplicemente emessi come segnali di pericolo senza un obiettivo finale, per così dire, fissato dalla pianta? Ciascuno di questi odori ha una finalità? 00:18:09:06 - 00:18:32:01 Ted Turlings Sì. Determinare la funzione originaria è particolarmente complesso; tuttavia, come ha detto all’inizio di questo podcast, c’è anche la possibilità che le piante interagiscano tra loro per trattare gli odori, e questa è una delle possibili funzioni. Non mi piace usare la parola comunicazione perché potrebbe essere solo un’intercettazione. 00:18:32:01 - 00:18:40:20 Ted Turlings Mettiamola così. Una pianta vicina può percepire quell’odore e capire che è presente un bruco… 00:18:40:22 - 00:18:42:00 Abigail Acton Una sfida di qualche tipo. 00:18:42:00 - 00:19:11:04 Ted Turlings Una sfida, Sì. E quindi inizia a prepararsi per un possibile attacco. Questa preparazione è possibile anche aumentando le proprie risposte in termini di produzione di composti di difesa o di odori per richiamare i nemici naturali degli erbivori. Tuttavia, abbiamo svolto diverse ricerche in merito e abbiamo scoperto che gli agenti patogeni e gli insetti inducono odori notevolmente diversi e che siamo in grado di percepirli. 00:19:11:04 - 00:19:34:18 Ted Turlings Quindi abbiamo testato diversi sensori in grado di rilevare questi odori in tempo reale, con l’obiettivo finale di installarli, per esempio, su un rover che attraversi un campo di piante di mais e annusi le varie piante, per poi fornire in maniera immediata un feedback agli agricoltori in caso di problemi. 00:19:34:18 - 00:19:45:11 Ted Turlings E si potrebbe anche immaginare che lo stesso rover applichi successivamente qualche sostanza per uccidere il parassita bersaglio; sebbene i pesticidi siano la prima opzione che viene in mente, ne stiamo esaminando anche altre. 00:19:45:17 - 00:19:46:16 Abigail Acton Ne può fornire un esempio, Ted? 00:19:46:22 - 00:20:05:11 Ted Turlings Una delle possibilità è quella di esaminare approfonditamente i nematodi, piccoli vermi parassiti degli insetti che li uccidono in 1 o 2 giorni. E ora abbiamo sviluppato una formulazione contenente nematodi che possiamo iniettare all’interno di una pianta di mais, e funziona! 00:20:05:15 - 00:20:23:08 Abigail Acton Davvero? Funzionano? Ottimo! Perché devo ammettere di essere entrata nel mondo dei nematodi quest’estate, quando nel mio giardino c’era un’infestazione cronica di lumache. Li ho applicati due o tre volte, ma le lumache sembravano non esserne affatto influenzate! Spero che i vostri nematodi siano più efficaci di quelli che stavo usando. 00:20:23:08 - 00:20:40:08 Ted Turlings In realtà abbiamo lavorato anche con i nematodi delle lumache, che uccidono in modo notevolmente più lento: per ucciderle potrebbero essere necessarie settimane o mesi. Invece, nel caso dei bruchi, vengono attaccati e uccisi entro due giorni. Ok! Bastano solo uno o due nematodi e i bruchi muoiono rapidamente. 00:20:40:11 - 00:20:51:09 Abigail Acton Incredibile! Ok, allora ci siamo. Amici giardinieri, continuate ad applicare i nematodi per lumache: ci metteranno un po’, ma funzioneranno. Grazie mille. Super. Abbiamo domande per Ted? È stata una spiegazione eccellente, grazie. Sì, prego, Daniel. 00:20:51:15 - 00:21:14:17 Daniel Robert È affascinante, davvero fantastico perché svela in modo chiaro il lavoro di Ted: questi aspetti nascosti che possono essere comunicazione o intercettazione, ma credo che alla fine non abbia alcuna importanza stabilirlo. Le diverse complessità sono così tante! Mi chiedevo, Ted: dato che sappiamo che ci sono molti bruchi che diventano tossici quando scelgono di mangiare le piante per scoraggiare i predatori, 00:21:14:19 - 00:21:39:06 Daniel Robert esiste una relazione tra la tossicità, ovvero l’incommestibilità di questi bruchi, e il modo in cui possono secernere queste varie sostanze che determinano anche la loro fine? Potrebbe essere in atto un doppio gioco in cui alcuni bruchi sono riusciti a evitare e fungere comunque da deterrenti, ma anche da tutto ciò che è negativo per loro attraverso lo stesso processo di fissione tossica. 00:21:39:12 - 00:22:06:23 Ted Turlings Sì. Insetti specializzati in grado di sequestrare i composti di difesa delle piante che hanno trovato il modo di disintossicarsi da questi composti. Abbiamo recentemente pubblicato un articolo su un coleottero le cui le larve si nutrono delle radici e i cui adulti delle foglie, e questi adulti sono in grado di sequestrare i composti di difesa di diverse piante, tossine differenti. 00:22:07:00 - 00:22:24:03 Ted Turlings E non sapevamo ancora che sono in grado di sequestrare molteplici composti di difesa e trasferirli alle uova, che vengono in tal modo protette dai predatori. Si tratta di un altro mondo affascinante, un po’ diverso dall’aspetto comunicativo che lo riguarda. 00:22:24:05 - 00:22:27:07 Abigail Acton È rilevante se pensiamo che si tratta di interazioni, piuttosto che di comunicazione. 00:22:27:08 - 00:22:28:11 Ted Turlings Sì, esattamente. 00:22:28:11 - 00:22:46:08 Abigail Acton In realtà si tratta di interconnessione e interazione: francamente, è un po’ sconvolgente. Meraviglioso, Assolutamente geniale. Grazie mille per la domanda e per questa risposta. Ora mi rivolgo a Jonathan. Jonathan, il progetto ELEVATE ha analizzato l’interazione esistente tra le formiche tagliafoglie e i funghi che coltivano. Bene: quindi stiamo ancora parlando di questo concetto, la simbiosi. 00:22:46:10 - 00:22:51:21 Abigail Acton Le formiche tagliafoglie fungono da agricoltori, il che non è la prima cosa che viene in mente. Jonathan, può raccontarci di più? 00:22:52:01 - 00:23:19:02 Jonathan Shik Allora, se avete mai avuto la possibilità di visitare una foresta pluviale nel Nuovo Mondo, tra Panama e l’Argentina, dovreste esservi imbattuti in enormi autostrade costituite da migliaia e migliaia di formiche che foraggiano, una delle scene più iconiche di questi ecosistemi. La loro attività è arrampicarsi sulle cime degli alberi e tagliare ogni sorta di frammenti di foglie di centinaia di specie diverse, per poi portarli al formicaio e farli sparire sottoterra. 00:23:19:08 - 00:23:45:22 Jonathan Shik Ed è ciò che accade nel sottosuolo che mi interessa in maniera particolare: è stato dimostrato, come ha anticipato, che queste formiche sono veri e propri agricoltori. Esse trasmettono verticalmente una coltura, proprio come gli agricoltori umani, di generazione in generazione, proteggendola da ogni sorta di parassiti e agenti patogeni. Nel sottosuolo questi insetti danno vita a un ambiente di crescita ottimale, che diventa la loro fonte di cibo: esso converte il materiale vegetale di cui non si possono cibare in una ricompensa nutrizionale ottimizzata da cui le formiche dipendono per il loro sostentamento. 00:23:46:02 - 00:23:54:20 Abigail Acton Ok, mi stavo proprio chiedendo come funzionasse! Grazie mille per aver risposto. Quindi, quando si parla di creare una fonte di cibo, le formiche non mangiano il fungo stesso, giusto? Mangiano ciò che esso produce? 00:23:54:20 - 00:24:03:05 Jonathan Shik Quindi, mangiano il fungo? Il fungo produce questi frutti molto specializzati, simili a quelli domestici, come le mele che nascono sui meli. 00:24:03:07 - 00:24:10:15 Abigail Acton Ok! Ma ovviamente ciò non danneggia il nucleo del fungo, perché altrimenti le formiche mangerebbero la coltura a loro necessaria. 00:24:10:17 - 00:24:26:22 Jonathan Shik No, ha ragione: è molto insolito per un fungo fornire cibo a un altro organismo. Ma è emerso che, trattandosi di una simbiosi obbligata, queste diverse specie dipendono l’una dall’altra e non possono vivere autonomamente. Dal punto di vista evolutivo, tuttavia, ha senso che il fungo fornisca solo alcune sostanze nutritive alle formiche agricoltrici. 00:24:27:00 - 00:24:37:20 Abigail Acton Ho capito, senza nemmeno danneggiarsi. Davvero, letteralmente come le mele sugli alberi. Ok! Affascinante. A cosa vi siete interessati, in particolare, nell’ambito del progetto ELEVATE? Che cosa avete preso in considerazione in dettaglio? 00:24:37:20 - 00:24:57:03 Jonathan Shik Il funzionamento delle colonie di formiche mi ha sempre affascinato. Le formiche, prese singolarmente, sono piuttosto stupide: ho trascorso molte ore a osservarle nella foresta pluviale, nei sacchi della spazzatura e nelle lettiere di foglie durante la fase di foraggiamento. Se lasci un’impronta nella lettiera di foglie, alcune formiche di alcune specie vagheranno senza meta per ore, in cerchio. 00:24:57:05 - 00:25:26:11 Jonathan Shik Queste formiche agricoltrici sono in qualche modo in grado di gestire tali sistemi agricoli incredibilmente complessi e sofisticati: pertanto, mi sono chiesto come vi riuscissero. Mi sono concentrato in particolare sulla nutrizione e sulla comunicazione delle formiche con il fungo, perché gli agricoltori umani sanno esattamente quali sono le migliori miscele di sostanze nutritive per i loro raccolti. La domanda alla base della mia ricerca era: come fanno le formiche a sapere quali sostanze nutritive miscelate fanno crescere al meglio il loro fungo coltivato, e riescono effettivamente a rilevarlo? 00:25:26:11 - 00:25:32:17 Jonathan Shik E in che modo prendono decisioni nutrizionali complesse per ottimizzare la produttività delle loro colture alimentari? 00:25:32:19 - 00:25:39:06 Abigail Acton Ho notato inoltre che si è interessato anche ai diversi impatti climatici; pertanto, le situazioni variano a seconda del contesto. 00:25:39:09 - 00:26:02:17 Jonathan Shik Sì, direi di sì. Queste formiche spaziano dal New Jersey meridionale, suddivise in diverse specie e non necessariamente solo formiche tagliafoglie, ma una stirpe piuttosto varia di formiche che operano tutte come agricoltori e sono imparentate tra loro, fino all’Argentina. Pertanto, il loro ambiente varia dalla foresta pluviale al deserto, passando per le praterie: le formiche devono essere in grado di coltivare le loro colture in habitat molto diversi. 00:26:02:19 - 00:26:16:08 Jonathan Shik Inoltre, a differenza degli esseri umani che praticano l’agricoltura da circa 10 000 anni, le formiche sono agricoltori sostenibili da più o meno 60 milioni di anni. Come hanno fatto a riuscirci in modo efficace durante tutto questo periodo? I cambiamenti climatici sono rientrati tra i miei obiettivi di studio. 00:26:16:11 - 00:26:27:13 Abigail Acton Sì, chiaro. E come avete studiato le formiche tagliafoglie? So che, ad esempio, lei è stato a Panama. Può parlarci di alcuni degli esperimenti che ha condotto nella foresta pluviale di questo paese? Deve essere stato un ambiente piuttosto impegnativo. 00:26:27:15 - 00:26:50:11 Jonathan Shik Sì, abbiamo lavorato vicino al Canale di Panama, presso lo Smithsonian Tropical Research Institute. La foresta è molto bella e nel Canale di Panama passano enormi navi container, ma noi ci siamo concentrati sulle lettiere di foglie, alla ricerca di formiche. Una delle operazioni che abbiamo compiuto, come ho già detto, è stata quella di rubare pezzi di materiale fogliare alle formiche tagliafoglie mentre passavano, lasciandole continuare per la loro strada. 00:26:50:13 - 00:27:09:07 Jonathan Shik Poi abbiamo raccolto tutto questo materiale vegetale e lo abbiamo analizzato alla ricerca di tutti i tipi di sostanze nutritive e di metaboliti secondari, come le tossine possibilmente prodotte dalle piante; in tal modo, le informazioni potrebbero dirci quali miscele nutrizionali stanno effettivamente foraggiando, facendosi strada in quello che chiamo un paesaggio nutrizionale composto da centinaia di specie vegetali. 00:27:09:09 - 00:27:20:10 Jonathan Shik E se le sostanze nutritive che foraggiano sul campo corrispondono a quelle che possiamo misurare concretamente in laboratorio, ciò massimizza le prestazioni della cultivar fungina in una piastra di Petri. 00:27:20:10 - 00:27:28:15 Abigail Acton E poi avete provato a far crescere il fungo nei laboratori con le sostanze nutritive raccolte dalle formiche? E anche senza per avere un gruppo di controllo? Cosa avete ottenuto, qual è stato il risultato? 00:27:28:19 - 00:27:57:14 Jonathan Shik È complicato, perché la nutrizione è sempre complicata; ma abbiamo potuto dimostrare che elementi come le proteine possono diventare rapidamente tossici per il fungo quando lo si coltiva in una piastra di Petri. Eppure, in qualche modo, il materiale vegetale che le formiche stanno foraggiando nei campi ha una quantità di proteine maggiore rispetto a quanto si potrebbe ritenere ottimale. Siamo stati in grado di dimostrare che sono presenti delle interazioni nutrizionali secondarie capaci di rendere la proteina appetibile per il fungo e di permettergli di prosperare, nonostante l’eccesso di proteine nel campo. 00:27:57:16 - 00:28:10:03 Jonathan Shik Non solo: le formiche, inoltre, sono in grado di rilevare la quantità di proteine che depositano sul fungo, il che è piuttosto interessante. assolutamente. Non sappiamo ancora esattamente come vi riescano, ma è un dato di fatto, e scoprirne le modalità fa parte della ricerca a cui stiamo lavorando. 00:28:10:03 - 00:28:25:11 Abigail Acton E, immagino, modulano la quantità che forniscono affinché restino entro parametri sicuri per il fungo. Fantastico! È questo il vantaggio per le formiche: si può capire tutto l’impegno che ci mettono in modo da ottenere, per così dire, l’equivalente delle mele prodotte da un melo. Qual è, invece, il vantaggio per il fungo? 00:28:25:17 - 00:28:49:05 Jonathan Shik Beh, riceve protezione e viene trasmesso verticalmente: quando una nuova regina vola via dalla sua colonia d’origine per farne nascere una nuova, si porta in bocca un po’ di fungo e quindi si accoppia con diversi maschi. I maschi muoiono: hanno un unico colpo volante in canna. La regina cade a terra, perde le ali, scava una buca e poi sputa fuori quel po’ di fungo preso dalla sua colonia d’origine, iniziando a prendersene cura. 00:28:49:09 - 00:29:03:24 Jonathan Shik Quindi, depone le uova prodotte con l’accoppiamento e inizia a generare formiche operaie, ingrandendo la nuova colonia e facendo sì che il fungo non debba produrre nuovi funghi e investire nella riproduzione: può ricevere cibo gratuitamente dalle formiche stesse, che verrà distribuito alla prossima generazione. 00:29:04:01 - 00:29:19:19 Abigail Acton Magnifico, assolutamente meraviglioso. E ha accennato al fatto che le formiche lo proteggono. Quando prima abbiamo parlato a Jonathan del fatto che il fungo potrebbe produrre un composto in grado di rendere le formiche più aggressive nella loro attività di protezione, credo che lei abbia menzionato questa possibilità. 00:29:19:21 - 00:29:42:18 Jonathan Shik Sì. Un altro gruppo di ricerca ha svolto un lavoro che abbiamo iniziato ad approfondire, dimostrando che il fungo metabolizza alcuni lipidi, determinati acidi grassi, leggermente diversi da quelli presenti nel materiale vegetale e successivamente li sequestra, accumulandoli nel proprio tessuto fungino. Quando le formiche lo percepiscono, possono diventare un po’ più aggressive nella protezione del fungo. 00:29:42:20 - 00:30:04:04 Jonathan Shik Mentre Ted era interessato ai segnali delle sostanze volatili, al momento noi ci stiamo concentrando sulle catene di carbonio lunghe o sulle molecole più grandi che costituiscono una sorta di rivestimento per il fungo, perché pensiamo di dover trovare una sorta di segnalazione più mirata da parte del fungo: ad esempio, troppe proteine in questo punto, trasformarle in carboidrati; 00:30:04:04 - 00:30:16:19 Jonathan Shik oppure presenza si sostanze chimiche vegetali molto nocive, eliminarle; o ancora, c’è un agente patogeno, rimuoverlo dal fungo. Quindi, a mio parere, le sostanze volatili sarebbero un segnale troppo ampio. 00:30:16:21 - 00:30:20:07 Abigail Acton Capisco. Qualcosa di più specifico, come un colpetto sulla spalla. 00:30:20:09 - 00:30:21:20 Jonathan Shik Esattamente, Sì. 00:30:21:22 - 00:30:30:15 Abigail Acton Meraviglioso, Assolutamente geniale. Mi piace molto questo argomento, è fantastico. Grazie mille. Jonathan. Qualcuno ha delle domande per Jonathan? Sì, prego, Daniel. 00:30:30:20 - 00:30:51:22 Daniel Robert Jonathan, questo è un lavoro davvero meraviglioso. Mi stavo facendo delle domande perché ho visto anch’io questi funghi sul campo e li trovo affascinanti, sebbene in realtà non stia lavorando direttamente su di loro. Avete svolto uno studio incredibile. Le spore fungine sono ovunque e quando le formiche vanno su un albero per foraggiare, è probabile che trasportino con loro alcune di queste spore con le foglie. 00:30:51:24 - 00:31:08:10 Daniel Robert Ci sono prove che selezionino le foglie o che le puliscano prima per evitare una sorta di importazione di agenti patogeni di ogni tipo? I funghi patogeni non sono molto gentili con gli altri funghi. Come fanno le formiche a proteggere il fungo che coltivano? 00:31:08:12 - 00:31:29:01 Jonathan Shik Sì, questa è un’ottima domanda. Le soluzioni adottate dalle formiche sono molteplici e variano a seconda della specie, ma è stato dimostrato che in molte foglie di piante sono presenti dei funghi endofiti che vivono tranquillamente al loro interno per tutta la propria vita e alcuni di questi possono produrre composti non graditi al fungo coltivato dalle formiche. 00:31:29:03 - 00:31:55:09 Jonathan Shik È stato inoltre dimostrato da altri gruppi di ricerca che le formiche sono in grado di rilevare ed evitare le foglie al cui interno vivono specifici funghi nocivi. Le formiche, tuttavia, producono ogni sorta di sostanze chimiche per la protezione da diversi agenti patogeni, come funghi e batteri, all’interno del fungo coltivato e sono inoltre dotate di batteri che vivono sul loro corpo che producono composti antimicotici e antibatterici in grado inoltre di proteggere da un fungo molto nocivo, chiamato escovopsis, 00:31:55:09 - 00:32:05:24 Jonathan Shik che è davvero dannoso per il fungo coltivato. Si tratta pertanto di una rete molto complessa, potremmo dire una simbiosi tra diversi organismi che proteggono e difendono. 00:32:06:03 - 00:32:09:06 Abigail Acton E cercano inoltre di aggirare le protezioni e le difese. Sì. 00:32:09:08 - 00:32:26:10 Jonathan Shik Ed è piuttosto interessante notare che, se si scava un buco sottoterra, con una profondità di circa mezzo metro, l’ambiente del suolo che si troverà è molto sporco ma quello del fungo è pulito, separato dalle radici delle piante o da altri elementi: le formiche, infatti, si occupano in modo costante della sua manutenzione. 00:32:26:12 - 00:32:35:09 Abigail Acton Un’attività agricola molto diligente! grazie. Grazie a tutti voi, non avreste potuto essere più interessanti; è stato davvero molto bello parlarvi. Grazie per aver trascorso il vostro tempo con noi. 00:32:35:13 - 00:32:36:11 Jonathan Shik Grazie mille. 00:32:36:11 - 00:32:38:17 Daniel Robert grazie. Grazie a tutti. Arrivederci! 00:32:38:17 - 00:32:39:00 Ted Turlings Arrivederci. 00:32:39:01 - 00:33:02:04 Abigail Acton Arrivederci! Se vi è piaciuto l’affascinante approfondimento di oggi sulle interazioni nascoste del nostro mondo a cui forse nessuno di noi aveva dedicato molta attenzione, seguiteci su Spotify e Apple Podcasts e consultate la homepage del podcast sul sito cordis.europa.eu per ascoltare altri episodi altrettanto interessanti. Iscrivetevi per non perdere le ricerche più interessanti sulla scienza finanziata dall’UE. 00:33:02:06 - 00:33:22:12 Abigail Acton E se vi trovate a parlare con qualcuno di podcast che vi piacciono, perché non citare CORDIScovery? Abbiamo parlato delle risonanze magnetiche effettuate sui babbuini e del modo in cui ci aiutano a comprendere lo sviluppo del linguaggio, nonché di come potrebbe essere possibile raccogliere campioni da piccoli asteroidi distanti milioni di chilometri. Nei precedenti episodi troverete sicuramente un tema che stuzzicherà la vostra curiosità. 00:33:22:18 - 00:33:44:21 Abigail Acton Visitate il sito web di Cordis, in cui troverete articoli e interviste che esaminano i risultati delle ricerche relative a numerose discipline e svariati argomenti, dal colore strutturale alle dinamiche strutturali. C’è qualcosa per tutti: scoprite sul sito le ricerche impegnate a svelare le forze che muovono il mondo. Siamo sempre felici di ricevere i vostri commenti. Scriveteci all’indirizzo [e-mail]. 00:33:44:22 - 00:33:46:06 Abigail Acton Alla prossima.

Sorprendenti connessioni alla guida del mondo naturale che ci circonda

Sapevate che quando le antilopi si nutrono delle foglie di un’acacia, essa emette etilene, che funge da segnale di allarme per gli altri alberi vicini? Il gas può diffondersi fino a 45 metri di distanza e, nel giro di mezz’ora, le acacie che captano il segnale lavano le loro foglie con tannini molto amari, per renderle meno appetibili agli animali. In concentrazioni elevate, i tannini possono addirittura essere letali.

La maggior parte di noi si concentra su ciò che è tangibile per noi: ci ascoltiamo a vicenda tra esseri umani e sappiamo che quando un cane abbaia è in atto un qualche tipo di comunicazione, ma siamo meno consapevoli delle interazioni esistenti intorno a noi che non percepiamo. Proviamo a ripensarci.

E forse possiamo lavorare all’interno di questa rete interconnessa: i gas di avvertimento emessi dalle colture cerealicole attaccate dai parassiti potrebbero, ad esempio, portare all’adozione di un approccio più mirato all’impiego dei pesticidi?

Benvenuti a questo episodio di CORDIScovery, in cui celebriamo il meraviglioso mondo delle interazioni nascoste, con la partecipazione di:

Daniel Robert, docente di bionanoscienze presso la Scuola di scienze biologiche dell’Università di Bristol nel Regno Unito. Il progetto ElectroBee esplora il modo in cui gli insetti rispondono a deboli campi elettrostatici, una forma di interazione tra le piante e i loro impollinatori che non era stata sinora rilevata.

Ted Turlings, coordinatore del progetto AGRISCENTS, è attivo presso l’Università di Neuchâtel, in Svizzera, dove insegna ecologia chimica. Scoprendo il modo in cui le piante si difendono dagli attacchi degli insetti e come si sono evoluti quelli specializzati, il team di Turlings si augura di creare nuovi metodi sostenibili di controllo dei parassiti.

Docente associato di ecologia ed evoluzione presso l’Università di Copenaghen, in Danimarca, Jonathan Shik è particolarmente interessato alle formiche, e soprattutto alla loro coesistenza con altre specie e al modo in cui sopravvivono in ambienti diversi colpiti dai cambiamenti climatici. Il professore si è concentrato sulle formiche tagliafoglie agricoltrici e sul rapporto esistente con il fungo che coltivano, esplorando tali aspetti nel progetto ELEVATE.

Ci piacerebbe conoscere la vostra opinione!

Saremo lieti di leggere tutti i commenti che vorrete sottoporci. Inviate commenti, domande o suggerimenti a: [e-mail].

Parole chiave

Formiche tagliafoglie, fungo coltivato, pesticida, bionanoscienze, ElectroBee, campi elettrostatici, AGRISCENTS, ecologia chimica, attacchi di insetti, ELEVATE, cambiamenti climatici