Le piante di mesquite, come questo esemplare di Prosopis velutina, sono componenti comuni delle flore desertiche, in parte a causa della loro relazione simbiotica con i batteri che consentono loro di accedere all'azoto atmosferico. Credito:Museo di Storia Naturale della Florida
Dopo uno studio completo delle piante negli Stati Uniti, i ricercatori sono giunti alla conclusione inaspettata che le piante in grado di fissare l'azoto atmosferico sono le più diverse nelle regioni aride del paese. Questa scoperta è in contrasto con l'assunto prevalente che i fissatori di azoto dovrebbero essere relativamente diversi negli ambienti in cui l'azoto nel suolo è in quantità limitata.
I risultati sono stati particolarmente sorprendenti dato che i fissatori di azoto mancano dei tratti spesso associati ai terreni asciutti, come gli spessi steli dei cactus che immagazzinano l'acqua. "A prima vista, i fissatori di azoto non sembrano necessariamente adatti agli ecosistemi aridi", ha affermato l'autore principale Joshua Doby, uno studente di dottorato nel dipartimento di biologia dell'Università della Florida.
Il motivo di questo schema inaspettato non è stato immediatamente chiaro, ma Doby sospetta che sia correlato al modo in cui fissatori e non fissatori di azoto usano l'elemento.
Le piante diventano creative per acquisire azoto
Le piante incorporano l'azoto in quasi ogni struttura e reazione che avviene nelle loro cellule. Senza di essa, non sarebbero in grado di produrre proteine, creare enzimi o addirittura fotosintetizzare. Con una domanda così elevata di azoto, è spesso uno dei maggiori limiti alla crescita delle piante, semplicemente non ce n'è abbastanza per andare in giro.
Per sopperire a questa carenza, le piante hanno ripetutamente sviluppato modi innovativi per spremere quanto più azoto possibile dall'ambiente circostante. Le trappole di Venere e le drosere appiccicose hanno sviluppato strutture per rubare l'azoto dagli insetti, i muschi di letame crescono esclusivamente sugli escrementi degli animali e le foglie modificate di alcune piante carnivore forniscono una casa per i pipistrelli appollaiati in cambio delle feci ricche di azoto che lasciano dietro di sé.
Mentre l'azoto può essere difficile da reperire nel suolo, c'è una scorta quasi infinita che pende appena fuori portata. Il gas azoto costituisce circa il 78% dell'atmosfera terrestre, ma come qualcuno che muore di sete mentre si perde in mare, le piante sono del tutto incapaci di assorbirlo.
I batteri, d'altra parte, hanno imparato il trucco di fissare l'azoto atmosferico in più occasioni. Un'alleanza casuale tra un tale batterio e una pianta ha portato a una delle più grandi radiazioni botaniche sulla Terra, dando origine alla famiglia dei fagioli, che oggi contiene più di 18.000 specie. Le radici di molte piante di fagioli producono noduli cavi che promuovono la crescita batterica. Le piante pompano queste anticamere piene di zucchero per nutrire i loro partner batterici ed estrarre l'azoto che espellono come rifiuto.
I botanici hanno ipotizzato per decenni che le piante che ospitano batteri che fissano l'azoto dovrebbero essere più diversificate in ecosistemi come savane e praterie. Gli incendi spazzano regolarmente questi ambienti, trasformando alberi e arbusti ricchi di sostanze nutritive in fumo e cenere che viene spazzata via. Tutti i nutrienti che rimangono nel terreno dopo un incendio possono scivolare al di sotto della portata delle radici quando piove, prima che le piante in germinazione abbiano la possibilità di assorbirli.
La fissazione dell'azoto ha preparato le piante per un pianeta più fresco e asciutto
I ricercatori del Florida Museum of Natural History, della Louisiana State University e della Mississippi State University hanno deciso di determinare quali fattori ambientali hanno svolto il ruolo più importante nel plasmare le comunità vegetali che fissano l'azoto negli Stati Uniti. Utilizzando i dati del National Ecological Observatory Network (NEON), hanno analizzato i record di specie autoctone e invasive da oltre 40 siti negli Stati Uniti, incluso Porto Rico.
Secondo i loro risultati, il numero di fissatori di azoto è aumentato in ambienti poveri di azoto e diminuito in habitat progressivamente più secchi, come previsto. Gli ambienti aridi generalmente supportano meno specie vegetali rispetto a quelli che ricevono più precipitazioni e i fissatori di azoto non fanno eccezione a questa regola.
La sorpresa è arrivata quando i ricercatori hanno esaminato in modo specifico la diversità dei fissatori di azoto nativi. Sebbene fossero presenti meno specie, la diversità dei fissatori di azoto autoctoni è notevolmente aumentata nelle regioni aride, indipendentemente dalla quantità di azoto disponibile nel suolo.
La differenza tra il numero di specie, chiamata ricchezza di specie, e la diversità è simile alla scelta di una tavolozza di colori. Una tavolozza con 16 sfumature di blu contiene più sfumature di una tavolozza con otto colori complementari; tuttavia, la seconda tavolozza contiene una maggiore varietà di colori e copre uno spettro più ampio di luce visibile.
Esistono migliaia di specie di piante da fiore che ospitano batteri che fissano l'azoto e spesso individui che sono solo lontanamente imparentati tra loro possono essere trovati crescere fianco a fianco nei deserti e nelle pianure della macchia. Questi includono esempi familiari, come mesquite e ontani.
Mentre le piante amanti della secca come i cactus hanno sviluppato una litania di tratti che consentono loro di prosperare nei deserti, Doby pensa che le piante con una ricca riserva di azoto abbiano un vantaggio intrinseco. "Non è necessariamente perché l'aridità sta guidando la diversità", ha detto. "Le piante che hanno più azoto hanno cuticole più spesse, il che le rende resistenti alla perdita d'acqua."
La maggior parte dei lignaggi vegetali che fissano l'azoto hanno avuto inizio nel Cretaceo, quando i dinosauri erano ancora in circolazione e le temperature erano più elevate di oggi. Negli ultimi 50 milioni di anni, il clima terrestre si è gradualmente raffreddato e asciugato, innescando la formazione di vaste praterie e vasti deserti. Le piante che non potevano tagliarlo in questi nuovi ambienti sono state gradualmente eliminate, spiega Doby, mentre molti fissatori di azoto adatti a questo nuovo mondo si sono diversificati nei paesaggi abbandonati.
"Questo studio ci dà un'idea davvero buona del perché le comunità vegetali sono come sono oggi", ha detto Doby, aggiungendo che teme che le condizioni che supportano le diverse flore nelle regioni aride potrebbero non durare molto più a lungo. "Man mano che le cose diventano più umide e più calde a causa del cambiamento climatico, i tratti che hanno reso queste piante ben adattate e diverse non saranno più molto utili. Molte delle comunità vegetali uniche che abbiamo oggi in giro saranno a rischio in a lungo termine."
La ricerca è stata pubblicata su Global Ecology and Biogeography . + Esplora ulteriormente
