La più antica pianta vivente è minacciata dai cambiamenti climatici
Il muschio Takakia si è adattato per centinaia di milioni di anni a cambiamenti geologici e ambientali e ora rischia di scomparire
[11 Agosto 2023]
Lo studio “Adaptive evolution of the enigmatic Takakia now facing climate change in Tibet”, pubblicato su Cell da un team internazionale di ricercatori guidato dal tedesco Ralf Reski dell’Universität Freiburg e dal cinese Kun He della Capital Normal University (CNU), ha scoperto come, nel corso di milioni di anni, il raro muschio Takakia si è adattato alla vita in alta quota e come ha sviluppato la capacità di sopravvivere al gelo e alle radiazioni dei raggi UV potenzialmente letali.
Il genere Takakia comprende solo due specie. Insieme, si trovano solo sull’altopiano tibetano, il “tetto del mondo”, un hot spot della biodiversità, ed è lì che, nel 2005, uno dei principali autori dello studio, Xuedong Li della College of Life Sciences della CNU, ha scoperto popolazioni della specie Takakia lepidozioides a un’altitudine di oltre 4.000 metri nel 2005. Da allora, il team ha studiato la Takakia in montagna e in il laboratorio per più di un decennio. Durante il periodo di studio, l’altro autore principale, Ruoyang Hu dell’Institute of apicultural research dell’Accademia cinese di scienze agricole, è stato nel sito più di 20 volte e ricorda che «è difficile lavorare a questa altitudine. Il mal di montagna è un problema e a volte i nostri strumenti si guastano. Tuttavia, mi piace lavorare in questo ambiente. Lì capisci veramente quanto sia importante preservare e proteggere l’ambiente».
Come spiega su Nature Jude Coleman, 165 milioni di anni fa una peluria verde di vegetazione coperta di muschio sopravviveva al calpestio dei dinosauri, poi, 65 milioni di anni fa, la massa continentale indiana iniziò a insinuarsi sotto l’Asia, facendo nascere l’alta catena montuosa dell’Himalaya e trascinando verso il tetto del mondo anche le piante. «Tutti parlano di dinosauri e si entusiasmano per i dinosauri – fa notare Reski – ma questi muschi hanno visto i dinosauri arrivare ed andarsene.
Sull’altopiano tibetano, Takakia è sepolta sotto la neve per 8 mesi all’anno ed è esposta a livelli elevati di radiazioni UV in un ambiente nel quale per sopravvivere le creature hanno bisogno di adattamenti speciali. La Takakia li ha evoluti negli ultimi 65 milioni di anni adattandosi a un’ambiente sempre più estremo. Il genere Takakia, che risale a quasi 400 milioni di anni fa, comprende due specie: T. ceratophylla e T. lepidozioide s, che crescono insieme solo sull’altopiano tibetano. Le due specie vivono separatamente in pochi altri luoghi del pianeta, tra i quali l’Alaska e la British Columbia, ma è un mistero come abbiano fatto ad arrivarci.
Reski sottolinea che «questi dati del tempo geologico ci aiutano a tracciare il graduale adattamento a una vita ad alta quota nel genoma delle Takakia». In questo nuova ricerca, il suo team ha studiato, tra le altre cose, quali percorsi di segnalazione biologica proteggono le cellule del muschio dal congelamento e dalle radiazioni UV mutagene.
La Takakia è la più antica pianta terrestre vivente, ma si tratta di un muschio che misura solo pochi millimetri ed è di particolare interesse per i ricercatori perché «la sua affiliazione sistematica è stata a lungo poco chiara, in quanto combina caratteristiche di alghe verdi, epatiche e muschi».
He sottolinea che «ora siamo stati in grado di dimostrare che il Takakia è un muschio che si è separato dagli altri muschi 390 milioni di anni fa, poco dopo la comparsa delle prime piante terrestri. Siamo rimasti sorpresi nello scoprire che Takakia ha il numero più alto conosciuto di geni in rapida evoluzione sottoposti a selezione positiva».
Un’altra sorpresa di questo fossile vivente è stata che la Takakia si poteva già trovare in fossili di 165 milioni di anni fa trovati nell’attuale regione autonoma cinese della Mongolia Interna. All’Universität Freiburg fanno notare che «i fossili forniscono quindi ai biologi un altro prezioso riferimento temporale perché mostrano che i cambiamenti genetici che influenzano la morfologia si sono evoluti più di 165 milioni di anni fa in condizioni ambientali molto diverse. Tra queste peculiarità c’è una modalità di funzionamento, atipica per le piante, della molecola di segnalazione auxina, che controlla la crescita e lo sviluppo nelle piante». Reski aggiunge: «Sebbene il genoma di Takakia si stia evolvendo così rapidamente, la morfologia non è cambiata in modo riconoscibile da oltre 165 milioni di anni. Questo rende Takakiaun un vero fossile vivente. Questo apparente contrasto tra forma immutata e genoma in rapida evoluzione è una sfida scientifica per i biologi evoluzionisti».
Invece, secondo i ricercatori, «i tratti genetici che influenzano l’elaborazione dei segnali di stress e la regolazione di alcuni processi metabolici sono più giovani e sono emersi solo dopo il sollevamento dell’altopiano tibetano». I ricercatori sono stati in grado di ricostruire la loro graduale comparsa negli ultimi 50 milioni di anni e di dimostrare come proteggano le cellule del muschio dalle influenze ambientali dannose: «Ad esempio, Takakiaregola il suo metabolismo per accumulare molecole come flavonoidi e acidi grassi insaturi che proteggono dalle dannose radiazioni UV e dai radicali liberi. Nel genoma vediamo che le molecole di segnalazione che regolano la riparazione del DNA, la fotosintesi e i meccanismi contro lo stress ossidativo sono sotto una selezione positiva particolarmente forte e sono cambiate notevolmente negli ultimi milioni di anni».
Ma questo muschio che ha resistito a cambiamenti geologici e naturali inimmaginabili potrebbe estinguersi a causa del rapidissimo cambiamento climatico che potrebbe porre fine all’evoluzione delle Takakia dopo 390 milioni di anni.
All’Universität Freiburg spiegano ancora che «mentre Takakia ha avuto molti milioni di anni per adattarsi alla diminuzione delle temperature e all’aumento dell’intensità delle radiazioni, il suo habitat sta cambiando nel giro di decenni: dall’inizio delle misurazioni nel 2010, i ricercatori hanno riscontrato un aumento della temperatura media di quasi mezzo grado Celsius all’anno. Allo stesso tempo, il ghiacciaio vicino ai siti campione si è ritirato di quasi 50 metri all’anno. Il muschio altamente specializzato affronta meno bene questo aumento di temperatura rispetto ad altre specie. Le popolazioni di Takakia sono diventate significativamente più piccole durante il periodo di studio, mentre altre specie di piante hanno beneficiato del riscaldamento. È probabile che questa tendenza continui».
Hu conferma: «Il nostro studio dimostra quanto sia preziosa la Takakiaè nel tracciare l’evoluzione delle piante terrestri. Il declino della popolazione che abbiamo riscontrato è spaventoso. Fortunatamente, sapere che la pianta è minacciata di estinzione ci dà anche la possibilità di proteggerla, ad esempio coltivandola in laboratorio».
Reski conclude: «Takakia ha visto i dinosauri arrivare e andarsene. Ha visto arrivare noi umani. Ora possiamo imparare qualcosa sulla resilienza e l’estinzione da questo minuscolo muschio».