Le piante esistono in condizioni ambientali variabili e spesso sfavorevoli, che richiede il funzionamento di una varietà di meccanismi adattativi per la loro sopravvivenza sotto l'azione di fattori di stress. Lo studio di tali meccanismi adattativi e l'identificazione di modi per controllarli apre ampie prospettive per il salvataggio delle colture agricole in condizioni di siccità e alte temperature, sviluppo della malattia, parassiti e altri fattori che minacciano la vita delle piante. Attualmente, la stragrande maggioranza dei ricercatori è coinvolta nello studio di processi di adattamento relativamente lenti che si sviluppano nel corso delle ore, giorni e settimane. Però, in caso di rapido sviluppo di fattori di stress, tali risposte adattative potrebbero non essere abbastanza efficaci. Perciò, è importante identificare i meccanismi che portano allo sviluppo di cambiamenti adattativi entro minuti o decine di minuti dopo l'insorgenza del fattore di stress.
Uno di questi meccanismi è legato alle risposte elettriche delle piante, che sono oggetto della ricerca svolta da Vladimir Sukhov, professore associato presso il Dipartimento di Biofisica, Università statale Lobachevsky di Nizhny Novgorod, e i suoi colleghi. Hanno pubblicato un articolo, "La tolleranza alle alte temperature della fotosintesi può essere collegata alle risposte elettriche locali nelle foglie di pisello, " in Frontiere in fisiologia , come parte di un tema di ricerca separato focalizzato sul ruolo dei segnali elettrici intercellulari nell'adattamento e nella comunicazione delle piante.
I ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che un moderato aumento della temperatura fogliare induce lo sviluppo di piccole risposte elettriche che durano diversi minuti. In circa la metà degli esperimenti, tali risposte si osservano anche quando la temperatura fogliare sale fino a soli 30°C, ovvero in condizioni tipiche del periodo estivo. Un riscaldamento più intenso (fino a 40°C e 45°C), che corrisponde a temperature estremamente elevate durante la stagione estiva, provoca ulteriori risposte elettriche nelle foglie delle piante. Questo risultato è di fondamentale importanza, poiché in studi precedenti, le risposte elettriche sono state indotte riscaldando le parti dell'impianto ad una temperatura superiore a 50°C. I ricercatori si sono chiesti se le risposte elettriche che si verificano in caso di forte riscaldamento possano essere osservate in condizioni naturali o sul campo. I risultati degli scienziati di Nizhny Novgorod mostrano che questo è molto probabile.
Però, il fatto che si generi una risposta elettrica non prova che partecipi al processo di adattamento. Precedenti ricerche hanno mostrato che le risposte elettriche causate dal forte riscaldamento preliminare di una porzione di pianta hanno un notevole effetto sul processo fotosintetico nella pianta nel suo insieme e, in particolare, aumentare la sua resistenza alla successiva azione delle alte temperature. Allo stesso tempo, la possibilità di un effetto positivo delle risposte elettriche indotte dal calore sulla resistenza al calore del processo fotosintetico ha richiesto un'analisi aggiuntiva, che è stato effettuato dal Dr. Sukhov e dal suo gruppo. È stato dimostrato che i parametri dei segnali elettrici sono strettamente correlati alla stabilità termica del processo fotosintetico. Si osserva una maggiore resistenza al calore per una maggiore ampiezza delle risposte elettriche, con un numero maggiore di tali risposte che si verificano durante il riscaldamento, ed anche nel caso di una soglia di temperatura più bassa per lo sviluppo della risposta elettrica. I risultati mostrano che la generazione di risposte elettriche svolge un ruolo essenziale nell'aumentare la stabilità termica dei processi fotosintetici nelle foglie delle piante. Inoltre, lo sviluppo di un tale effetto non richiede temperature estremamente elevate, e può verificarsi nelle condizioni di una normale giornata calda.
I risultati di questa ricerca aprono ampie prospettive per lo sviluppo di metodi per controllare la resistenza delle piante agricole alle alte temperature controllando la loro capacità di generare risposte elettriche. In particolare, quando c'è una minaccia di alte temperature, che può essere stimato sulla base di una previsione meteorologica, o in caso di rilevamento precoce di danni termici negli impianti in condizioni di campo, è consigliabile utilizzare metodi che facilitino la generazione di risposte elettriche al moderato riscaldamento delle foglie delle piante. Uno di questi metodi consiste nel trattare le piante con ormoni dello stress, che possono influenzare significativamente lo stato delle piante anche a concentrazioni di attivi molto basse.
Così, il lavoro di ricerca degli scienziati di Nizhny Novgorod apre la strada al controllo della resistenza delle piante regolando l'elettrogenesi. Però, per ottenere questo tipo di controllo, è necessario implementare un sistema di feedback che permetta una diagnosi precoce del danno termico di un particolare impianto (o un gruppo di piante) in condizioni di campo per prendere le misure necessarie. Il principale compito attuale del Dr. Sukhov e del suo team è creare un tale sistema basato sulla registrazione dell'indice riflettente delle foglie.
