Quando la natura ‘si morde la coda’: pini scozzesi stressati dai cambiamenti climatici emettono troppi inquinanti

Una ricerca condotta su pini scozzesi mostra come il cambiamento climatico globale sta alterando i fattori ambientali che regolano le emissioni di composti volatili da parte delle piante.

 

Infestazione di afidi su un pino (hortographical – WordPress.com)

Il pino silvestre, l’albero nazionale della Scozia, tra i simboli più rappresentativi della Nazione. È proprio lui il protagonista di questa ricerca, nella quale sono stati monitorati alcuni pini scozzesi malati a causa di un’ epidemia di afidi, nei quali è stata registrata una emissione eccessiva di composti organici volatili. Mentre a primo impatto si può incolpare la citata epidemia, è bene interrogarsi sulle cause che l’hanno permessa.

La ricerca

Le piante emettono normalmente una miscela di composti organici, chiamati composti organici volatili (VOC), i quali entrano nell’atmosfera, dove possono interagire con altri inquinanti naturali o prodotti dall’uomo, per formare i cosiddetti ‘inquinanti secondari’, come l’ozono o gli aerosol organici secondari (SOA), ovvero polveri sottili che giocano un ruolo importante nel bilancio della radiazione solare, tramite l’assorbimento diretto delle radiazioni solari assorbite e rilasciate dalla terra, e contribuendo alla formazione delle nuvole.

La miscela di composti volatili prodotti dalle piante sane include terpenoidi, che sono, in poche parole, quelle sostanze che conferiscono il caratteristico odore o aroma di una pianta.

Tuttavia, la miscela può cambiare a seconda delle condizioni ambientali, quali la temperatura, condizioni di siccità o epidemie di insetti. In particolare, queste ultime possono diventare più comuni in un contesto di cambiamenti climatici. Proprio per questo motivo sono stati analizzati pini scozzesi infestati da un’epidemia di afidi, e di questi sono state analizzate le emissioni di VOC, confrontandole con quelle di pini in salute.

La ricerca è stata svolta da un team condotto da Celia Faiola, ricercatrice al dipartimento di Ecologia e Biologia evolutiva dell’Università della California, che ha pubblicato i risultati sull’ACS Earth and Space Chemistry, in cui ha mostrato che gli alberi di pino scozzesi presi in esame, infestati da afidi, producono una differente miscela di VOC rispetto alle piante sane, e ciò va dunque ad influenzare anche la produzione degli aerosol secondari.

La più grande differenza tra le piante infestate e quelle in salute è stata un grande incremento, tra i VOC emessi, della produzione dei sesquiterpeni, un tipo di terpenoidi che normalmente rappresenta solo un piccola percentuale (2,5%) della miscela totale.

La squadra ha mostrato che questi composti andrebbero, una volta in atmosfera, ad incrementare la produzione di aerosol organici secondari, tramite reazioni mediate (catalizzate) dalla luce, dunque in condizioni particolari di luce e di temperatura.

Inoltre, sembra che la produzione di aerosol secondari verrebbe influenzata anche dal tipo di insetto erbivoro che attacca la pianta. Per esempio, quando le piante sono infestate da afidi, come evinto dalla ricerca, emettono questi sesquiterpeni in quantità elevate rispetto al normale, che aumentano la quantità di aerosol secondari prodotti dalla fotolisi (ovvero i meccanismi chimici sopracitati mediati dalla luce solare).

Tuttavia, vi sono invece altri insetti erbivori, ad esempio un tipo di coleottero, che riducendo il rapporto tra sesquiterpeni e monoterpeni (un’altra classe di terpeni), dimezzano la produzione di aerosol secondario proveniente dalla fotolisi.

Dunque, non è ancora ben chiaro in che modo, ma è certo che le piante, oltre che subire i cambiamenti climatici, rispondano ad essi e, in qualche caso, anche contribuendo ulteriormente, ma inconsapevolmente, all’aumento del cambiamento climatico stesso, come nel caso della ricerca presa in esame.

Tuttavia, ci sono ancora pochi studi riguardo il ruolo delle piante nel contesto del cambiamento climatico, tramite la formazione di aerosol secondari e dei fattori che ne influenzano la produzione (composizione e quantità dei VOC emessi, tipo di erbivoro che infesta la pianta, temperatura, ecc.)

Sono tutte variabili che si influenzano l’un l’altra e la cui maggiore comprensione potrebbe essere utile per predire la massa di aerosol circolante nell’atmosfera e l’evoluzione dei cambiamenti climatici.

 

Cosa sono i VOC

Ricordiamo brevemente cosa è un inquinante: in parole povere, qualsiasi sostanza che causa alterazioni nella composizione atmosferica, o altera i rapporti quantitativi di sostanze già presenti in atmosfera (si pensi all’incremento di anidride carbonica tanto denunciata ormai ovunque), e che si rivela essere dannoso per piante e animali.

In particolare, si possono classificare gli inquinanti in due categorie: primari e secondari. I primi sono quelli emessi direttamente da processi naturali o artificiali. I secondari sono quelli che sorgono da reazioni chimiche tra inquinanti primari e gas atmosferici (inquinanti o non) e, in specifiche condizioni ambientali, possono dar vita a diversi fenomeni di inquinamento (come l’effetto serra o lo smog fotochimico).

Gli inquinanti primari interessati nella ricerca appartengono alla prima categoria citata, e sono i composti organici volatili, con cui si identificano generalmente gli idrocarburi: composti formati da carbonio e idrogeno.

Le fonti emittenti tali composti possono essere artificiali, quali prodotti della combustione degli autoveicoli, oppure naturali, ovvero emessi da piante e animali, tramite la decomposizione di materia organica, come ulteriori prodotti di fotosintesi, o come meccanismo di ‘difesa’. È in particolare questo ultimo fine che ha spinto i pini a emettere così elevate quantità di VOC. Infatti le piante emettono questi composti quando vengono danneggiate dall’aggressione di parassiti, e il loro rilascio permette alla piante circostanti di allertarsi e modificare il loro metabolismo, producendo sostanze insetticide (studio condotto da un gruppo di biologi delle università di Yamaguchi, di Kyopti e di Okayama nel 2014).

Dai VOC al riscaldamento globale

I composti organici volatili sono tra i maggiori responsabili dell’effetto serra, e dunque del riscaldamento globale. Infatti, questi composti, reagendo con altri inquinanti primari (gli ossidi di azoto), se si trovano in condizioni ideali di luce e temperatura, vanno incontro a una serie di reazioni fotochimiche indotte dalla luce ultravioletta del sole, portando alla formazione di inquinanti secondari quali ozono, e altre sostanze tra cui aerosol organici.

L’ozono, se a quote alte dell’atmosfera (stratosfera) ci protegge dai raggi ultravioletti del sole, a quote più basse rappresenta una grande fonte di inquinamento, diventando uno dei principali gas serra, che contribuisce al riscaldamento globale trattenendo la radiazione infrarossa emessa dalla superficie terrestre, dall’atmosfera e dalle nuvole, e aumentando il riscaldamento globale.

E’ proprio l’aumento di temperature che contribuisce al proliferarsi di alcuni insetti. E’ il caso appunto delle afidi, che qualcuno conoscerà come ‘pidocchi delle piante’. Da sempre nemici delle coltivazioni, gli afidi sono parassiti in grado di perforare  i tessuti vegetali per arrivare alla linfa di cui nutrirsi.

L’habitat ideale degli afidi è un clima caldo e umido, condizioni che non ci si aspetterebbe di trovare in Scozia, ma che col cambiamento climatico non è ormai una grande sorpresa ritrovare.

Formazione dell’ozono a partire dai VOC (sphweb.bumc.bu.edu)

 

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