L’orologio biologico

di Singlinde Winkler , direttore della ditta Hesi ed ingegnere chimico

La vita quotidiana è influenzata dal sole, e ogni creatura vivente sulla Terra ne avverte gli effetti.
Quando ad esempio si viaggia in aereo attraversando molti fusi orari, ci si rende subito conto dell’effetto sui ritmi di sonno/veglia.
Le piante utilizzano la luce per produrre zuccheri, e si sviluppano di conseguenza seguendo la direzione da cui proviene la fonte luminosa, adeguando la propria attività ai cicli di buio/luce.

Le piante hanno occhi dovunque!
Sull’intera superficie infatti vi sono degli organi sensori che hanno lo scopo non di assorbire energia solare, bensì di valutare l’intensità della luce, così da sapere in quale direzione orientarsi e dirigere la crescita.
I vegetali hanno due diversi tipi di sensori: i fito-cromosomi, che percepiscono la luce rossa nello, e i ricettori che vedono quella blu nello spettro UV.

OCCHI ROSSI

I fito-cromosomi si comportano come interruttori in importanti reazioni: stimolati dalla luce rossa attivano speciali processi, come la germinazione dei semi.
Alcune varietà vegetali infatti, come ad esempio la lattuga, non germinano al buio.

L’attività dei fito-cromosomi può essere verificata con un semplice esperimento: esponete un piattino coi semi per un minuto alla pura luce rossa (660 nm) e la reazione sarà la germogliazione.
Esponendo i semini ad un ulteriore minuto di luce ancora più rossa (730 nm) non germina nulla, ma con un altro minuti di rosso 660 nm ecco che nascono le piantine.
C’è certamente una relazione tra la quantità e la qualità dell’illuminazione e la percentuale di successi nella germinazione dei semi.

I fito-cromosomi sono in parte responsabili della produzione del leggendario ormone Florigeno, che pare induca la fioritura nel momento in cui si presenta il fotoperiodo ideale.
Quella della fioritura è una fase delicata, e il rispetto del periodo di buio è fondamentale.

Basta una luce fioca (25 watt) accesa per mezz’ora nella fase di oscurità per bloccare l’inizio del ciclo di fioritura: la pianta rimarrà in stato vegetativo fino al ripresentarsi delle condizioni d’illuminazione più favorevoli.

E’ possibile servirsi della luce per regolare a piacimento lo stadio di sviluppo e gestire al meglio le piante, inducendo lo stadio successivo di crescita secondo le specifiche necessità.

OCCHI AZZURRI

I vegetali possiedono moltissime recettori in grado di rilevare il blu e viola nello spettro UV, in modo da indirizzare la crescita verso la fonte di luce più intensa.
Tutte le parti verdi della pianta sono letteralmente ricoperti da questi organi sensibili, che sono presenti anche sulle radici con lo scopo opposto: guidare l’apparato radicale lontano dalla luce, quindi sotto terra.

Le piante si autoregolano così, in modo da ottenere stabilità ed equilibrio senza confondere i segnali che guidano lo stelo con quelli riguardanti l’apparato radicale.

Gli ultravioletti (UV) si possono dividere in due categorie, UV-A e UV-B

I raggi UV-B sono componenti dello spettro della luce solare forti e penetranti, da cui ci difendiamo con le creme protettive e che possono provocare, in dosi massicce, i famigerati tumori della pelle .

Le piante sono in grado di percepire e misurare gli UV-B, e se l’intensità è eccessiva i pori sulle foglie si chiudono e la fotosintesi cessa.
Di fatto questo è l’unico modo per fermare il processo di fotosintesi, che è automatico e perpetuo dove vi siano luce ed aria sufficienti.

Se l’illuminazione diventa troppo forte, la sovraproduzione di zuccheri porta ad una perdita di liquidi attraverso la traspirazione, e a danni da UV-B.
E’ un fenomeno che si può osservare spesso nelle ore centrali delle giornate più calde, soprattutto in alta quota dove gli ultravioletti sono più intensi.

Le piante allora combattono questo rischio riducendo l’area delle foglie esposte al sole e facendole penzolare lungo lo stelo, assorbendone l’acqua all’interno e chiudendo appunto i pori in modo da bloccare la fotosintesi.

Ora che abbiamo capito che le piante “vedono” la luce e si regolano di conseguenza, che possono “calcolare” la durata del fotoperiodo e che gli stadi di sviluppo sono strettamente correlati a tutto questo, possiamo dunque ottenere vegetali che sono in produzione tutto il giorno se abbreviamo i cicli notte/giorno?

Ma assolutamente no.
Le piante necessitano di un fotoperiodo regolato sulle loro esigenze, che prevede circa 12 ore di notte; non si posso forzare ritmi totalmente innaturali, o le piantine finirebbero per ammalarsi.
Si può ricorrere al massimo a qualche trucco per rendere più pratica la gestione della coltivazione, in modo da agevolare lo step successivo della crescita nel momento più idoneo.

OROLOGIO BIOLOGICO

Gli animali, le piante, i batteri, tutti sono predisposti naturalmente all’attesa del sorgere del sole ogni mattina.
La scoperta dell’orologio biologico che fa “scattare l’interruttore” non è molto lontana nel tempo.
Viene chiamato Cripto-cromosoma e sebbene siamo consapevoli della sua presenza da molto, ne sono state riconosciute le funzioni di timer dell’organismo solo nel 1998.

Il Cripto-cromosoma controlla direttamente l’orologio biologico e mantiene i ritmi circadiani (un ritmo circadiano è all’incirca un ciclo di 24 ore nei processi fisiologici degli esseri viventi. Il termine “circadiano”, coniato da Franz Halberg, viene dal latino circa, e dies, “giorno”, significando letteralmente “circa il giorno”).

I raggi blu presenti nello spettro solare hanno un picco due volte al giorno, all’alba e al tramonto: il Cripto-cromosoma percepisce questa variazione e setta l’orologio biologico in modo da calibrare il ciclo vitale.

PER CHI VOLESSE SAPERNE DI PIU’

L’orologio biologico funziona così:
due proteine che interagiscono fra loro formano il nucleo dell’orologio, una è “senza tempo”, l’altra “tiene il tempo”.

La concentrazione di queste proteine sale durante le 12 ore come una marea: una volta raggiunto il picco la produzione si blocca e il livello inizia a calare, in un ciclo continuo.

La concentrazione delle molecole dell’orologio è al minimo al mattino, e sale durante la giornata.
Con un’alta esposizione ai raggi blu il Cripto-cromosoma si attiva e ferma la proteina “senza tempo”, così da riportare a zero l’orologio biologico.

Le piante correggono il livello ogni mattino ed ogni sera, così il ritmo viene fissato e mantenuto.

Il ritmo circadiano funziona anche senza luce del giorno, ma può alterarsi in maniera anche grave, così come un orologio guasto le cui lancette continuino a girare ma indicando l’ora sbagliata.

Le piante elaborano i dati che percepiscono nella loro analisi della fonte luminosa, così da riuscire a pre-programmare lo stadio di fioritura e ad ottenere una crescita il più possibile funzionale alla migliore esposizione possibile.

Se il fotoperiodo viene variato l’orologio biologico va ricalibrato mentre il ritmo circadiano prosegue: risulta evidente come questo alteri il ritmo biologico della pianta, che dovrà impiegare tempo ed energia per recuperare il proprio equilibrio, a discapito della crescita e della produzione.

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