Che cosa cela la natura dei girasoli? Ripercorriamo la fisiologia di questi fiori partendo dai celebri quadri di Van Gogh.
Prendendo come punto di partenza “I girasoli” di Van Gogh, analizziamo da un punto di vista fisiologico “I fiori del sole”. Cosa si cela dietro il loro nome? Come mai si pensa che “seguano il sole”, muovendo gli steli durante la giornata? Diamo un’occhiata agli ormoni vegetali e a come modifichino la morfologia di un organismo vegetale.
I girasoli
Tra il 1887 e il 1889, Va Gogh dipinse una serie di quadri di natura morta raffiguranti i girasoli. Nonostante questi fiori siano un soggetto alquanto inusuale per il pittore, solito dipingere guidato dalla malinconia, sono tra i più celebri e i più amati.
Da un punto di vista simbolico, la natura morta rappresenta un monito alla caducità della vita e alla ineluttabilità del tempo. Dall’altro lato però, il giallo dei girasoli, tanto amato dall’artista, simboleggia anche la vita, e quindi aggiunge giocosità, amore e felicità ai quadri, rendendo la serie una delle più luminose e gioiose.
Il nome scientifico dei girasoli comuni è Helianthus annuus, dove il termine helianthus deriva dalle parole greche “helios” che significa sole e “anthos” che significa invece fiore. La pianta fa parte delle Asteraceae, la famiglia che racchiude il maggior numero di piante a fiore.
É originaria dell’America centrale e Settentrionale. Veniva considerata una pianta sacra e ovviamente, rappresentava proprio la stella madre del nostro sistema solare, con cui condivide il colore brillante e la luminosità. I girasoli non vengono solamente usati come fiori ornamentali, ma sono anche utili da un punto di vista alimentatore (fibre, oli e semi) e per scopi medicinali.
I tropismi vegetali
Come tutti gli organismi, anche i vegetali devono essere in grado di rispondere e modificare il proprio comportamento a seconda degli stimoli esterni (siano essi positivi o negativi) che percepiscono. Le piante, anche se non sono in grado di muoversi autonomamente e non hanno un sistema nervoso centralizzato, hanno però “imparato” a mettere in atto delle strategie per migliorare la propria qualità di vita e la propria fitness.
Il tropismo (il movimento di un organismo vivente a seguito di uno stimolo) che prendiamo in considerazione in questo articolo è il fototropismo. Con questo termine si vuole indicare il movimento verso luce (sia essa solare o artificiale) di una pianta, per far in modo che la fotosintesi clorofilliana avvenga al massimo tasso possibile. Più nello specifico, l’eliotropismo è il particolare tipo di tropismo dei girasoli (e di altre piante).
Un focus genetico
Nelle piante che seguono un ritmo eliotropico, i fiori e le foglie si muovono da est a ovest per seguire il movimento apparente del sole. Ma come fanno? Vale per le giovani piantine quanto per quelle adulte? Se si parla, nello specifico, dei girasoli bisogna fare una distinzione tra l’organismo maturo e quello in via di sviluppo.
Helianthus annuus ha un orologio interno che gli permette di modificare il suo “ritmo” di crescita in base alla fase in cui si trova la pianta, ovvero quella diurna o quella notturna. Il tutto è accompagnato dalla capacità di percepire da dove proviene la luce, e quindi capire la sua orientazione ed angolo di incidenza.
Di giorno, la piantina (in particolare le foglie e il fiore non ancora maturi) si muove da est verso ovest per seguire il movimento del sole. Di notte, invece, succede il contrario: si ha un movimento dello stelo, e quindi del capolino (il futuro fiore), verso est, per aspettare l’arrivo dell’alba. Questo “moto” della pianta è dato da una crescita asimmetrica dello stelo della pianticella, sotto al capolino.
A seconda che il girasole percepisca la luce o il buio, si attivano (o si spengono) determinati geni per la morfogenesi e lo sviluppo. Durante la giornata, quindi, la piccola piantina in via di sviluppo attiva i geni che gli permettono di crescere, in modo asimmetrico, sul lato orientale, virando così seguendo il sole e accrescendosi verso ovest. Percependo il buio, o più precisamente non percependo più la luce del sole durante la notte, si avrà una maggiore crescita sul lato occidentale dello stelo, permettendo così alla pianta di svilupparsi verso est, pronta per il sorgere del sole.
Ritmi circadiani
Stando ad uno studio condotto per Science, si è verificato che, nonostante i girasoli seguano il movimento del sole, la crescita asimmetrica appena citata avviene anche nei giorni nuvolosi, quando non c’è il sole e persino quando la pianta è irraggiata costantemente per ventiquattro ore.
Ciò significa che, come noi siamo stanchi di sera e sentiamo il desiderio di addormentarci, i girasoli hanno un “ritmo” innato che segue le ore del giorno. A prescindere da tutto, quindi , limitandosi alle fasi dello sviluppo fino alla maturità, i fiori dei girasoli saranno rivolti, a seconda che sia sera o mattina, ad est o a ovest.
In generale, e questo vale anche per gli animali, gli organismi possiedono un orologio interno che gli permette di controllare le proprie attività metaboliche che devono andare incontro ad un cambiamento ritmico, con una periodicità regolare di una giornata (i cambiamenti sono definiti ritmi circadiani). Il ritmo è di origine endogena, cioè persiste in assenza di fattori esterni.
Network metabolici regolatori
In generale, l’oscillazione metabolica dei vegetali è guidata da un network molto complicato di geni e fattori di regolazione ad essi associati. A seconda che si passi dall’alba al tramonto, ci sono tre importanti geni da tenere in considerazione: CCA1, LHY e TOC1.
Nella maggior parte delle strutture vegetali, al sorgere del sole, la codificazione di TOC1 attiva l’espressione di LHY e CCA1, con la conseguente diminuzione dell’espressione del gene che codifica per TOC1. Durante la giornata, la diminuzione dell’espressione genica di TOC1 determina anche la progressiva diminuzione dell’espressione di LHY e CCA1, che raggiungono il minimo di attività alla fine della giornata. La diminuzione dell’espressione di questi due ultimi geni determina, conseguentemente, una riattivazione, all’alba, di TOC1.
Ogni giorno, il ciclo ricomincia anche grazie alla presenza di fotorecettori, ovvero i sistemi che permettono alla pianta di percepire la luce. La componente proteica di questo sapparato è in grado di attivare risposte foto – morfogeniche, ovvero la crescita mediata dalla luce assorbita dalla pianta.
Il ritmo di crescita asimmetrica di un girasole permetterà alla pianta di muovere il capolino seguendo il sole, fino al raggiungimento della maturità. Una volta terminato lo sviluppo, l’organismo rimarrà rivolto verso est, dove sorge il sole. Questo permette alla pianta adulta di scaldarsi velocemente e di attrarre gli insetti impollinatori, più attivi alla mattina presto.
Gli ormoni vegetali
Il movimento dei girasoli ha lo scopo di irraggiare al massimo foglie e capolino. Questo processo non è mediato solamente da geni e fattori di regolazione intrinsechi, ma ne prendono parte anche gli ormoni: in particolare l’auxina, responsabile della crescita della pianta.
La radiazione solare captata dai fotorecettori fa si che ci sia un aumento della concentrazione di auxina nella parte in ombra della pianta, con un allungamento dello stelo verso il sole. Di notte, invece, la concentrazione dell’ormone ritorna costante e la pianta si riporta in posizione eretta. Questa diversità nella concentrazione di auxina e nel tasso di crescita continua fino alla maturazione del fiore che, alla fine, rimane rivolto verso est.
