Gli scienziati hanno a lungo ipotizzato che gli zuccheri che nutrono gli alberi siano spinti dalla pressione dell'acqua dalle foglie dove vengono creati agli steli e alle radici dove sono necessari.

Ma come fanno gli alberi più alti a svolgere questo compito, viste le maggiori distanze che i nutrienti devono percorrere e la maggiore forza che sembra necessaria per trasportarli?

Un team di nove scienziati, principalmente da Harvard, ha scoperto una risposta con un recente studio i cui risultati potrebbero anche aiutare a porre fine a un dibattito di lunga data sulle dinamiche coinvolte nel trasporto dello zucchero negli alberi. Lo studio, i cui risultati sono dettagliati nel numero del 4 dicembre della rivista piante naturali , determinato che la resistenza idraulica allo spostamento della linfa ricca di zucchero verso il basso dalle foglie non aumenta con l'altezza dell'albero quanto ci si aspetterebbe, a causa delle caratteristiche fisiche del sistema di trasporto.

Hanno anche scoperto che "le pressioni che si sviluppano nelle foglie di una quercia rossa matura sono sufficienti per guidare il trasporto degli zuccheri fino alle radici, " ha detto Noel Michele Holbrook, un membro del gruppo di ricerca che è un professore di biologia e Charles Bullard Professor of Forestry nel Dipartimento di biologia organica ed evolutiva ad Harvard.

"Ora abbiamo le prove che tutte le piante, sia piccole che alte, usano lo stesso meccanismo per trasportare gli zuccheri, "Ha detto Holbrook. "E ora capiamo come gli alberi possono diventare alti senza incorrere in limitazioni di trasporto associate alle loro dimensioni. La nostra ricerca risponde a un dibattito pluridecennale su come gli zuccheri vengono trasportati negli alberi".

Lo studio è il risultato di una collaborazione iniziata nel 2011 tra Holbrook e Michael Knoblauch, un biologo di cellule vegetali della Washington State University. Knoblauch ha guidato lo sviluppo degli strumenti utilizzati nella ricerca, mentre le misurazioni sono state in gran parte effettuate ad Harvard.

Oltre a Holbrook e Knoblauch, i principali contributori del progetto sono stati Jessica Savage, un ex studente post-dottorato di Harvard e Putnam Fellow presso l'Arnold Arboretum che ora è assistente professore presso l'Università del Minnesota, e Kaare Jensen, un ex studente post-dottorato di Harvard che ora è professore associato presso l'Università tecnica danese di Copenaghen.

La ricerca è stata condotta principalmente presso la Harvard Forest a Petersham, Messa., e all'Arnold Arboretum, gran parte di esso risale al periodo di Knoblauch come Bullard Fellow ad Harvard nel 2013-14, secondo Holbrook, che è in anno sabbatico all'Università della Tasmania in Australia. Altri cinque membri del team sono dottorandi in corso o ex. studenti o borsisti post-dottorato ad Harvard.

"Volevamo capire come gli alberi superano la penalità idraulica dell'aumento delle dimensioni, il semplice fatto che dovrebbe essere necessaria più energia per trasportare materiali su lunghe distanze, " ha detto Holbrook. Il team ha anche voluto determinare se gli alberi utilizzano gli stessi meccanismi di trasporto delle piante più piccole.

Holbrook ha detto che gli zuccheri generati nella fotosintesi si concentrano in "floema, " il tessuto vegetale utilizzato per condurli giù dalla chioma dell'albero. Lo zucchero concentrato attira l'acqua per osmosi, costruire turgore positivo, o pressione dell'acqua, all'interno delle cellule. Ciò a sua volta "guida la linfa ricca di zucchero verso i luoghi in cui vengono utilizzati gli zuccheri".

"Il problema è che i modelli suggerivano che la resistenza idraulica per il trasporto della linfa del floema richiederebbe gradienti di pressione molto grandi negli alberi ad alto fusto, " ha detto. Ciò ha portato a dibattiti su "se questo meccanismo fosse sufficiente per spiegare il trasporto del floema in quegli alberi". Alcuni scienziati hanno suggerito che esistono meccanismi per aggiungere energia lungo il percorso.

Il team di ricerca ha effettuato misurazioni approfondite della struttura dei tubi che conducono lo zucchero lungo la lunghezza di molti alberi, misurando anche la resistenza idraulica in questi tubi.

"Per campionare il floema, uno dei tessuti più delicati e facilmente lesionabili della pianta, abbiamo dovuto tagliare via la corteccia esterna. Nei grandi steli, lo abbiamo fatto usando un martello e uno scalpello, non strumenti che normalmente usiamo in laboratorio, " ha detto Holbrook. Il team ha anche misurato la pressione nelle foglie di un albero alto utilizzando un microscopio a fluorescenza che hanno issato nella chioma dell'albero.

"Abbiamo scoperto che la resistenza allo spostamento della linfa floema ricca di zucchero non aumenta linearmente con la lunghezza di trasporto perché le cellule di trasporto floema nel gambo principale, soprattutto verso la base, erano più larghe e più lunghe e avevano anche piatti di setacci più porosi, '", ha detto Holbrook. "Così, le pressioni necessarie per guidare il trasporto del floema sono molto inferiori a quanto previsto".

Ha detto che i risultati dello studio hanno importanti implicazioni per la produzione alimentare.

"La maggior parte del cibo generato dalla fotosintesi si muove attraverso il floema, " ha detto. "Se ci sono modi per rendere le piante più produttive in termini di una maggiore fotosintesi, poi avranno anche bisogno della capacità di trasportare quegli zuccheri ai tessuti che mangiamo. Così, capire come le piante rendono efficienti i sistemi di trasporto potrebbe contribuire allo sviluppo di colture ad alto rendimento e alberi più produttivi".

Questa storia è pubblicata per gentile concessione della Harvard Gazette, Il giornale ufficiale dell'Università di Harvard. Per ulteriori notizie universitarie, visita Harvard.edu.