Clima e suolo determinano distribuzione, diversità di forma e funzione nelle piante
I rischi globali per la vita delle piante dovrebbero essere esplorati soprattutto in relazione al cambiamento climatico e all'erosione del suolo
[29 Dicembre 2021]
A prima vista, la diversità della forma e della funzione delle piante sembra difficile da comprendere, tuttavia, può essere descritta in termini di caratteristiche morfologiche, fisiologiche e biochimiche. E’ stato dimostrato che i tratti tra le specie rientrano in due categorie principali all’interno delle quali ogni pianta deve mantenere un equilibrio: dimensioni ed economia del metabolismo. Il recente studio “Climatic and soil factors explain the two-dimensional spectrum of global plant trait variation. Nature Ecology and Evolution”, pubblicato su Nature Ecology and Evolution da un team di ricerca internazionale, ha utilizzato un dataset globale notevolmente ampliato per 17 diversi tratti delle piante, dimostrando che queste due categorie principali si applicano a tutte le piante studiate in tutto il mondo. Lo studio è così riuscito a identificare i fattori globali che spiegano la diversità di forma e funzione nelle piante.
Anche i naturalisti classici hanno prestato attenzione al fatto che l’aspetto delle piante e della copertura vegetale è determinato principalmente da due fattori: clima e suolo, ma è stato solo nel XXI secolo che gli scienziati hanno iniziato a cercare modelli quantitativi tra le piante e le condizioni in cui crescono. Quindi, all’inizio, sono stati identificati i tratti funzionali in base ai quali è conveniente confrontare sia le diverse specie di piante tra loro, sia i rappresentanti della stessa specie in condizioni diverse. I moderni modelli matematici consentono di comprendere la storia dell’ecosistema utilizzando questi dati e persino di costruire modelli predittivi che descrivono come cambierà l’ecosistema al variare delle condizioni ambientali. Nel contesto del cambiamento climatico globale, questi modelli sono estremamente rilevanti e importanti, ma sono ancora lontani dall’essere perfetti. La ragione è la mancanza di dati quantitativi sulla relazione tra fattori ambientali e caratteristiche delle piante. Per questo, studi su larga scala basati sull’analisi di informazioni quantitative sulle condizioni ambientali, sulla composizione delle specie delle comunità vegetali e sulle caratteristiche funzionali delle piante sono uno dei trend più promettenti dell’ecologia moderna.
I ricercatori guidati da Universität Zürich, Max-Planck-Instituts für Biogeochemie e Universität Leipzig hanno raccolto e analizzato dati sulle piante da tutto il mondo e per la prima volta, hanno dimostrato quanto caratteristiche come le dimensioni, la struttura e la durata della vita di una pianta siano fortemente determinate dal clima e dalle proprietà del suolo. All’Universität Zürich dicono che «Le intuizioni che ne derivano potrebbero essere cruciali per migliorare i modelli del sistema Terra per quanto riguarda il ruolo della diversità vegetale».
I tratti delle piante sono influenzati da un’ampia varietà di fattori esterni, come il clima, le condizioni del suolo e l’intervento umano. Non è stato ancora possibile determinare quali fattori siano decisivi a livello globale. Per rispondere a questa domanda, il team di ricerca, guidato da Julia Joswig dell’Università di Zurigo e del Max-Planck-Instituts für Biogeochemie, ha analizzato le caratteristiche di oltre 20 655 specie di piante vascolari provenienti da tutto il pianeta e dati complementari su 21 parametri climatici e 107 caratteristiche del suolo per ciascuna pianta.
Un autore dello studio, Vladimir Onipchenko, capo del Dipartimento di ecologia e geografia vegetale della facoltà di biologia dell’università statale di Mosca, ricorda che «La moderna ricerca ecologica consente un nuovo approccio per risolvere il problema centrale dell’ecologia: la risposta alla domanda su quali sono i meccanismi di formazione dei complessi naturali di specie coesistenti (comunità) e qual è il ruolo dei vari fattori ambientali . Senza una risposta a questa domanda, è impossibile preservare gli ecosistemi naturali della Terra e la loro influenza sulla creazione di un habitat accettabile per l’uomo».
Nella categoria delle dimensioni, tra le altre caratteristiche, le piante bilanciano altezza, dimensione delle foglie e dimensione dei semi. I ricercatori evidenziano che «Questi tratti sono anche influenzati dalle componenti idrauliche del trasporto dell’acqua nelle piante».
La categoria economia del metabolismo descrive quanto velocemente ed efficacemente la pianta guadagna energia e biomassa attraverso la fotosintesi, bilanciato da quanto tempo sopravvive. Gli scienziati sottolineano che «Questa categoria è determinata da caratteristiche misurabili come la struttura e la composizione delle foglie in termini di superficie fogliare, nonché la loro composizione elementare (azoto, fosforo e carbonio)». Il team ha mostrato che «Le strategie di vita delle specie vegetali raccolte in tutto il mondo nel database TRY sono ben spiegate da queste due categorie principali».
La Joswig spiega che «Il nostro studio dimostra chiaramente che i tratti delle piante in tutto il mondo possono essere spiegati dagli effetti congiunti del clima e del suolo. Questo suggerisce che gli aspetti del cambiamento climatico e dell’erosione del suolo, che si verificano entrambi a causa del cambiamento dell’uso del suolo, per esempio, dovrebbero essere studiati insieme».
Molte delle relazioni descritte nello studio erano già note da studi locali su piccola scala, «Ma il fatto che questi processi possano ora essere mostrati a livello globale e che venga quantificato il loro significato è una pietra miliare importante – aggiunge Miguel Mahecha dell’università di Lipsia – Studi di questo tipo possono guidare i modelli globali del sistema Terra per rappresentare la complessa interazione di clima, suolo e biodiversità, che è un prerequisito importante per le previsioni future».
Come previsto, lo studio dimostra come «L’altezza delle specie vegetali cambi lungo le latitudini, a causa delle differenze climatiche. Tuttavia, i tratti economici del metabolismo delle piante non mostrano questo gradiente. Allo stesso modo, la qualità del suolo è solo parzialmente influenzata dal clima, quindi c’è una componente indipendente dalla latitudine nelle informazioni sul suolo».
La Joswig e i suoi colleghi di mostrano che «Queste informazioni sul suolo sono rilevanti anche per i tratti economici del metabolismo. Oltre al clima, i fattori di formazione del suolo includono gli organismi che vivono nel suolo, la geologia e la topografia e, naturalmente, il tempo. Il cambiamento globale influenza il clima, gli organismi e, in una certa misura, la topografia». Quindi, lo studio suggerisce che «I rischi globali per la vita delle piante dovrebbero essere esplorati soprattutto in relazione al cambiamento climatico e all’erosione del suolo».