Ogni giorno, circa un quadrilione di galloni d'acqua vengono pompati silenziosamente dal suolo alle cime degli alberi. La vita vegetale della Terra compie questa impresa sbalorditiva usando solo la luce solare. Ci vuole energia per sollevare tutto questo liquido, ma quanto era una domanda aperta fino a quest'anno.

I ricercatori della UC Santa Barbara hanno ora calcolato l'enorme quantità di energia utilizzata dalle piante per spostare l'acqua attraverso il loro xilema dal suolo alle foglie. Hanno scoperto che in media si trattava di un ulteriore 14% dell'energia che le piante raccoglievano attraverso la fotosintesi. Su scala globale, questo è paragonabile alla produzione di tutta l'energia idroelettrica dell'umanità. Il loro studio, pubblicato nel Journal of Geophysical Research:Biogeosciences , è il primo a stimare quanta energia viene impiegata per sollevare l'acqua fino alle tettoie delle piante, sia per i singoli impianti che in tutto il mondo.

"Ci vuole energia per far salire l'acqua attraverso lo xilema dell'albero. Ci vuole energia. Stiamo quantificando quanta energia è", ha detto il primo autore Gregory Quetin, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Geografia. Questa energia è in aggiunta a quella che una pianta produce tramite la fotosintesi. "È energia che viene raccolta passivamente dall'ambiente, proprio attraverso la struttura dell'albero."

La fotosintesi richiede anidride carbonica, luce e acqua. CO₂ è ampiamente disponibile nell'aria, ma gli altri due ingredienti rappresentano una sfida:la luce viene dall'alto e l'acqua dal basso. Quindi, le piante devono portare l'acqua (a volte a una distanza considerevole) dove c'è la luce.

Le piante più complesse realizzano questo con un sistema vascolare, in cui i tubi chiamati xilema portano l'acqua dalle radici alle foglie, mentre altri tubi chiamati floema spostano lo zucchero prodotto nelle foglie verso il resto della pianta. "L'evoluzione dello xilema delle piante vascolari è un grosso problema che ha permesso l'esistenza degli alberi", ha affermato Quetin.

Molti animali hanno anche un sistema vascolare. Abbiamo sviluppato un sistema circolatorio chiuso con un cuore che pompa il sangue attraverso le arterie, i capillari e le vene per fornire ossigeno e sostanze nutritive al nostro corpo. "Questa è una funzione per la quale molti organismi pagano molto", ha affermato la coautrice Anna Trugman, assistente professore presso il Dipartimento di Geografia. "Lo paghiamo perché dobbiamo continuare a battere il nostro cuore, e questa è probabilmente gran parte della nostra energia metabolica."

Anche le piante avrebbero potuto far evolvere i cuori. Ma non l'hanno fatto. E fa risparmiare loro molta energia metabolica.

A differenza degli animali, i sistemi circolatori delle piante sono aperti e alimentati passivamente. La luce solare fa evaporare l'acqua, che fuoriesce dai pori delle foglie. Questo crea una pressione negativa che solleva l'acqua sottostante. Gli scienziati chiamano questo processo "traspirazione".

In sostanza, la traspirazione è semplicemente un altro modo in cui le piante raccolgono energia dalla luce solare. È solo che, a differenza della fotosintesi, questa energia non ha bisogno di essere elaborata prima di poter essere utilizzata.

Gli scienziati comprendono abbastanza bene questo processo, ma nessuno aveva mai stimato quanta energia consuma. "L'ho visto menzionato specificamente come energia solo in un articolo", ha detto il coautore Leander Anderegg, "ed era per dire che 'questo è un numero davvero grande. Se le piante dovessero pagarlo con il loro metabolismo, non funzionerebbe.'"

Questo particolare studio è nato da una curiosità di base. "Quando Greg [Quetin] ed io eravamo entrambi studenti laureati, leggevamo molto sulla traspirazione delle piante", ha ricordato Anderegg, ora assistente professore presso il Dipartimento di Ecologia, Evoluzione e Biologia Marina. "A un certo punto Greg ha chiesto:'Quanto lavoro fanno le piante sollevando l'acqua contro la gravità?'"

"Ho detto:'Non ne ho idea. Mi chiedo se qualcuno lo sa?' E Greg ha detto:'Sicuramente possiamo calcolarlo.'"

Circa un decennio dopo, tornarono indietro e fecero proprio questo. Il team ha combinato un database globale di conduttanza delle piante con modelli matematici di risalita della linfa per stimare quanta energia la vita vegetale del mondo dedica al pompaggio dell'acqua. Hanno scoperto che le foreste della Terra consumano circa 9,4 petawattora all'anno. È alla pari con la produzione idroelettrica globale, sottolineano rapidamente.

Questo è circa il 14,2% dell'energia che le piante assorbono attraverso la fotosintesi. Quindi è una parte significativa di energia di cui le piante beneficiano ma non devono elaborarla attivamente. Questa energia gratuita passa agli animali e ai funghi che consumano le piante, agli animali che le consumano e così via.

Sorprendentemente, i ricercatori hanno scoperto che combattere la gravità rappresenta solo una piccola frazione di questo totale. La maggior parte dell'energia va semplicemente a superare la resistenza dello stelo di una pianta.

Questi risultati potrebbero non avere molte applicazioni immediate, ma ci aiutano a capire meglio la vita sulla Terra. "Il fatto che ci sia un flusso di energia globale di questa portata che non abbiamo quantificato è leggermente sconcertante", ha detto Quetin. "Sembra un concetto sfuggito alle crepe."

Le energie coinvolte nella traspirazione sembrano rientrare tra le scale esaminate da diversi scienziati. È troppo grande per essere preso in considerazione dai fisiologi vegetali e troppo piccolo per gli scienziati che studiano i sistemi terrestri per preoccuparsene, quindi è stato dimenticato. Ed è solo nell'ultimo decennio che gli scienziati hanno raccolto dati sufficienti sull'uso dell'acqua e sulla resistenza dello xilema per iniziare ad affrontare l'energia della traspirazione su scala globale, hanno spiegato gli autori.

In questo lasso di tempo, gli scienziati sono stati in grado di affinare il significato della traspirazione nei sistemi terrestri utilizzando nuove osservazioni e modelli. Colpisce le temperature, le correnti d'aria e le precipitazioni e contribuisce a plasmare l'ecologia e la biodiversità di una regione. Il potere di risalita della linfa è una piccola componente della traspirazione in generale, ma gli autori sospettano che possa rivelarsi degna di nota data la notevole energia coinvolta.

Sono ancora i primi giorni e il team ammette che c'è molto lavoro da fare per inasprire le stime. Le piante variano ampiamente nel modo in cui i loro steli sono conduttivi al flusso d'acqua. Confronta un ginepro del deserto resistente con un pioppi neri americani, per esempio. "Un albero di ginepro molto adattato alla siccità ha una resistenza molto elevata", ha detto Anderegg, "mentre i pioppi vivono solo per pompare acqua".

Questa incertezza si riflette nelle stime degli autori, che scendono tra 7,4 e 15,4 petawattora all'anno. Detto questo, potrebbe arrivare a 140 petawattora all'anno, anche se Quetin ammette che questo limite superiore è improbabile. "Penso che questa incertezza evidenzi che c'è ancora molto che non sappiamo sulla biogeografia della resistenza delle piante (e, in misura minore, sulla traspirazione)", ha detto. "Questa è una buona motivazione per continuare la ricerca in queste aree". + Esplora ulteriormente

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