A prima vista, è difficile capire cosa abbiano in comune oro, ferro, piombo, arsenico, argento, platino e stagno. Uno sguardo alla tavola periodica chiarirà la confusione:sono tutti metalli pesanti, tipicamente classificati come quei metalli con un peso atomico e una densità almeno cinque volte maggiore dell'acqua.

Questi e altri metalli pesanti si trovano naturalmente nell'ambiente e, in alcuni casi, nel nostro corpo. Sono per lo più considerati innocui ma a determinati livelli di esposizione possono essere tossici per la vita umana, vegetale e animale. L'eccessiva esposizione ai metalli pesanti può ostacolare la crescita delle piante e ridurre la produzione di semi.

Alcune piante hanno sviluppato tratti che aumentano la loro tolleranza ai metalli pesanti. Molti ricercatori, tra cui il sottoscritto, ritengono che la comprensione e l'utilizzo di questi tratti evolutivi possa permetterci di proteggere le colture agricole dagli effetti negativi della tossicità dei metalli pesanti.

La mia ricerca si concentra sul miglioramento della tolleranza delle piante ai metalli pesanti, cosa particolarmente importante in un paese come il Sudafrica, dove le attività minerarie contaminano i suoli. Questi terreni sono fondamentali per l'agricoltura.

Anche le piante della stessa famiglia usano strategie diverse per far fronte ai metalli. Alcuni raccolgono i metalli nelle loro radici e li trasferiscono sulle loro foglie; altri prendono i metalli e li trattengono (immobili) nelle loro radici. Questo è importante per la sicurezza alimentare e la sicurezza alimentare poiché vogliamo piante in grado di limitare l'assorbimento di metallo nelle loro parti commestibili. Tuttavia, come i miei colleghi ed io abbiamo delineato in un recente documento di revisione, non è un compito facile sfruttare queste strategie.

Esposizione e rischio

Lo stress o la tossicità da metalli pesanti nelle piante si verifica quando sono esposte a metalli pesanti nel terreno.

Tale esposizione è solitamente il risultato di rifiuti e inquinanti provenienti da attività umane come l'agricoltura, l'industria mineraria e l'industria. In Sud Africa, l'attività mineraria è stata uno dei principali responsabili dell'inquinamento da metalli pesanti.

Questo inibisce la crescita delle piante o la loro capacità di convertire la luce solare in energia essenziale attraverso la fotosintesi. Oppure può influenzare il modo in cui assimilano i nutrienti o come rispondono alla siccità o agli agenti patogeni dannosi.

Ciò ha implicazioni per la produzione di colture alimentari. Studi in tutto il mondo hanno scoperto che la tossicità dei metalli pesanti può ridurre i raccolti e la loro qualità. Anche le piante medicinali possono essere colpite dai metalli pesanti.

Come fanno le piante

Le piante hanno sviluppato alcuni meccanismi per respingere gli effetti dei metalli pesanti. I study one of these:signaling mechanisms that plants use to control the uptake of heavy metals—their "immune" response to heavy metals.

In much the same way as the human immune system is alerted to, monitors and responds to a pathogen, plants have evolved signaling mechanisms that help them to regulate their tolerance to heavy metals.

These signaling mechanisms are impressive. For example, plants can trigger signaling events to release low-molecular-weight ligands (ions or molecules) that tightly bind to the heavy metals and prevent them from moving from the roots.

But they're far from perfect. As human viruses like HIV and SARS-CoV-2 (the coronavirus behind COVID-19) have shown, certain pathogens can short-circuit the immune system. Heavy metals can do the same to the plant's signaling mechanisms by mimicking essential nutrients; for instance, the metal vanadium resembles phosphate.

Heavy metals like copper have also been shown to damage the membrane integrity of the cell walls in the roots of plants. Similarly, heavy metals can disrupt the construction of these cell walls; weakened walls make the cell lose structural integrity, which exposes the cellular membranes and causes cell death.

Heavy metals can also impair the work of the plasma membrane, which regulates the transport of material in and out of the plant cells. This blocks the uptake of essential nutrients by negating the function of numerous transporter proteins at work in the plasma membranes.

Useful lessons

Despite their shortcomings, these signaling mechanisms are powerful. That's why I study them:if we can tap into the way in which plants adapt to the threats from heavy metals, there's a chance that soil contaminated with heavy metals can be rejuvenated through the use of the right plants, or that this tolerance can be passed on to other plants, including food crops.

Our ongoing work, and that of others, is promising, but it's still early days. Perhaps one day soon, plants' clever adaptations will signal a change in how we deal with heavy metal toxicity. + Esplora ulteriormente

Exploring sources of heavy metals in atmospheric aerosols in the southeast Tibetan Plateau

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.