Una pianta alpina potrebbe contenere la chiave per la sua sopravvivenza in un clima in costante riscaldamento. I ricercatori del Politecnico di Zurigo hanno chiarito l’origine di due antiche varianti geniche della pianta. Queste varianti controllano il momento della fioritura.
Il clima si sta riscaldando sempre più rapidamente, soprattutto nelle Alpi. Questo rappresenta una sfida per gli organismi. Se non si diffondono ad altitudini più elevate, dovranno adattarsi molto rapidamente alle temperature più elevate nella loro posizione attuale, altrimenti le loro popolazioni si indeboliranno e alla fine si estingueranno.
Un esempio di adattamento al clima è la piantina di Dianthus sylvestris. È una pianta perenne diffusa nelle Alpi. Colonizza altitudini comprese tra 800 e 2400 metri. Sebbene le piante di alta e bassa quota siano simili, le differenze si sono sviluppate nel tempo.
Una caratteristica fondamentale è l’epoca di fioritura: ad alta quota, le piante di lapillo fioriscono subito dopo lo scioglimento delle nevi, a giugno, mentre a bassa quota iniziano a fiorire a maggio. Tuttavia, la stagione di crescita inizia molto prima alle basse quote. I garofani di valle tendono quindi ad avere una fioritura tardiva, come adattamento alle condizioni calde della pianura
Dieci anni fa, Simone Fior e altri ricercatori guidati dal professor Alex Widmer dell’Istituto di Biologia Integrativa del Politecnico di Zurigo hanno iniziato a studiare come la pianta si sia adattata geneticamente ai cambiamenti climatici del passato e cosa possa significare per le sue reazioni ai cambiamenti climatici attuali.
Fioriture precoci che vogliono formare semi
Per il loro studio, i ricercatori hanno analizzato tre popolazioni di erba cipollina nel Canton Vallese, una a valle e una in montagna. Hanno inoltre analizzato un gene specifico di 1000 individui provenienti dall’intera area di distribuzione della specie. Hanno anche condotto esperimenti di trapianto.
"I garofani delle zone alpine non solo fioriscono il più presto possibile, ma formano anche i semi il più rapidamente possibile", spiega Widmer. "Si tratta di un adattamento alla brevità della stagione ad alta quota. Nelle valli, invece, le piante hanno più tempo a disposizione"
Tuttavia, quando i ricercatori hanno trapiantato le piante di pietra dalle valli alle montagne, il loro comportamento di fioritura non è cambiato in modo sostanziale. Come ad altitudini inferiori, hanno impiegato più tempo, hanno costruito prima la massa vegetale e hanno prodotto molti fiori. Queste piante avevano anche bisogno di più tempo per produrre semi. Se la neve arrivava alla fine della breve estate montana, i semi non erano maturi.
Questo "comportamento" è controllato da un gene che i ricercatori hanno scoperto solo durante lo studio. Il gene si chiama DsCEN/2, di cui esistono due varianti, dette alleli, che sono diverse nelle due popolazioni. La maggior parte dei garofani di valle ha l’allele "caldo", mentre i garofani di montagna hanno l’allele "freddo".
La variante calda ritarda la fioritura e favorisce la crescita generale della pianta, un vantaggio nelle estati più calde e lunghe. La variante fredda, invece, regola la fioritura precoce delle piante di montagna. "I due alleli determinano la sopravvivenza della pianta in diverse zone climatiche", spiega Widmer.
Sviluppato molto prima della comparsa della coltura della pietra
I ricercatori hanno utilizzato la modellazione per dimostrare che i due alleli sono molto antichi, "più antichi della stessa coltura della pietra", spiega il genetista vegetale.
Per scoprire quando gli alleli sono comparsi nell’evoluzione della specie Dianthus, gli scienziati hanno analizzato anche i geni di altre specie imparentate con la piantaggine. Queste analisi mostrano che anche nelle specie lontanamente imparentate sono già presenti importanti differenze tra gli alleli del caldo e del freddo.
I ricercatori concludono che le varianti geniche non sono nate da mutazioni del materiale genetico della pianta, ma da altre specie del genere Dianthus. Da uno a due milioni di anni fa, questi garofani hanno subito una cosiddetta radiazione: una rapida diffusione di una specie madre in numerose nuove specie.
Durante questo periodo si sono alternate ere glaciali e periodi caldi per migliaia di anni. Mentre le varie specie di Dianthus si evolvevano, anche i due alleli si sono sviluppati come adattamento al clima in costante cambiamento.
Attraverso vari meccanismi di distribuzione, riorganizzazione e ricombinazione del materiale genetico, i due alleli sono entrati a far parte del corredo genetico della piantina e si sono rivelati un vantaggio per questa specie.
La ricombinazione durante la riproduzione sessuale riorganizza la variazione esistente. È così che si sono creati gli alleli del caldo e del freddo, che hanno permesso alla pianta di adattarsi geneticamente alle nuove condizioni ambientali più rapidamente rispetto alle sole nuove mutazioni. È probabile che questo processo sia particolarmente importante nel caso di una rapida radiazione in molte nuove specie, come quella del Dianthus. Queste combinazioni evolutivamente nuove di vecchie varianti geniche forniscono un’ampia base per gli adattamenti a molte condizioni ecologiche diverse.
Sebbene le mutazioni si verifichino nel tempo nelle stonecrops, i due alleli che determinano il periodo di fioritura sono presenti da diversi 100.000 anni.
È possibile un futuro adattamento al clima
In futuro, è probabile che le due varianti geniche giochino un ruolo nel determinare la reazione della coltura della pietra al riscaldamento globale: L’allele "caldo" è già presente nelle popolazioni ad alta quota, come hanno dimostrato i ricercatori. Se le temperature continueranno ad aumentare, questa variante genetica potrebbe diffondersi ulteriormente e dominare in futuro.
"La coltura della pietra ha gli strumenti del passato per adattarsi all’attuale cambiamento climatico. Non sappiamo se anche altre piante alpine abbiano questa capacità. Non ci sono altri studi che affrontano queste questioni in modo così approfondito", sottolinea Widmer.
Tuttavia, sottolinea che nessuna fase calda del passato è stata così rapida come quella attuale. La possibilità che le piante da roccia (e altre piante alpine) possano adattarsi abbastanza rapidamente è quindi una questione aperta e dovrà essere studiata in futuro.
"Solo se ci sono popolazioni contigue sufficientemente grandi, le specie possono utilizzare il potenziale genetico esistente che consente loro di adattarsi ai cambiamenti climatici", afferma Widmer. Le popolazioni piccole e isolate, invece, rischiano di estinguersi più rapidamente".
Riferimenti bibliografici
Fior S, Luqman H, Scharmann M, Pålsson A, de Jonge J, Zoller S, Zemp N, Gargano D, Wegmann D, Widmer A: Ancient alleles drive contemporary climate adaptation in an alpine plant. Science 390,59-64 (2025). adp5717
