Progetto: Siamo tutti biodiversi “Percorso di autoformazione guidata: approfondimenti scientifici” a cura delle Sezioni scientifiche del Museo Tridentino di Scienze Naturali Modulo 6 – 24 novembre 2008 Gli adattamenti delle piante all’ambiente alpino Francesco Rigobello PIANTE CLIMA AMBIENTE Uscita dalle acque La vita nacque nei mari e nei laghi piante furono le prime a uscire dalla acque le seguirono erbivori, seguiti da predatori • La storia evolutiva del regno vegetale è la storia del progressivo adattamento al mutare delle condizioni terrestri I primi organismi modificano la Terra Con la fotosintesi 02 satura l’atmosfera Si forma strato di 03 nella stratosfera che assorbe e protegge dagli UV A questo punto è possibile l’uscita dalle acque Con la fotosintesi 02 satura l’atmosfera La foresta amazzonica é la più grande riserva d'acqua dolce del Pianeta: 1/5 dell'acqua del mondo scorre per suoi fiumi. La foresta é vitale per il ciclo delle piogge della regione, poiché l'acqua é costantemente riciclata attraverso l'evaporazione e la pioggia. Il disboscamento ha già causato sensibili mutazioni nel microclima ed esiste la possibilità che un suo aumento acceleri i mutamenti climatici, facendo aumentare la siccità a livello mondiale. Ellenberg divide in due grandi gruppi i fattori ecologici: - fattori ad azione diretta: luce, temperatura, acqua, chimismo del suolo (nutrienti, metalli pesanti, cloruri ecc..) Sono i principali fattori che determinano effetti diretti sulla distribuzione degli organismi, sono responsabili della presenza di un individuo in un determinato luogo, ma influenzano (e hanno influenzato) la sua vita attuale e la sua evoluzione - fattori ad azione indiretta: clima, suolo, orografia, fattori meccanici (fuoco, pascolo, ecc); fattori biologici Sono fattori che agiscono sulle condizioni ambientali che determinano la quantità e qualità dei fattori principali. Influenza della temperatura La temperatura agisce su: fotosintesi respirazione accrescimento sviluppo Gli effetti della temperatura sui vegetali variano in funzione di fattori geografici (latitudine e altitudine), ma anche di fattori locali (orografia, esposizione, pendenza, posizione della stazione ecc.). La temperatura condiziona la distribuzione delle piante in senso altimetrico e latitudinale e regola l’intensità di tutte le attività biologiche. Classificazione delle specie in base alle temperatura Termofile (anche macroterme) = specie che preferiscono stazioni con alta temperatura, sono specie dei versanti meridionali e di bassa quota, spesso si trovano in luoghi rocciosi Mesofile Criofile (anche microterme) = sono le piante degli ambienti freddi di alta quota, o delle alte latitudini, piante che vivono in aree poste al di sopra del limite della foresta di latifoglie o delle alte latitudini ghiacciate per buona parte dell’anno Adattamenti alla disponibilità d’acqua L'ACQUA è il costituente principale delle piante e molte funzioni vitali dipendono dalla sua presenza nella giusta quantità. L'acqua agisce come: •componente principale delle reazioni biochimiche che caratterizzano la fotosintesi e la respirazione; •responsabile della pressione di turgore all'interno della cellula vegetale; •solvente per i minerali e le sostanze nutritive che si muovono all'interno della pianta; •regolatore dell'apertura e della chiusura degli stomi, controlla così la stessa traspirazione e anche la fotosintesi; •sorgente della pressione che sposta le radici attraverso il terreno; •ambiente principale di tutte le reazioni metaboliche che si svolgono all'interno della pianta. Le XEROFITE richiedono un basso consumo d'acqua e sono piante adattate a vivere con clima arido, dove suolo e atmosfera hanno ridotte disponibilità idriche. - Aridità reale: deserti e steppe con clima caldo secco, o coste mediterranee con terreno molto permeabile; - Aridità fisiologica: regioni fredde con ghiacci costanti, dove l'acqua è disponibile in uno stato non sfruttabile, o terreni ricchi di sale. Hanno in generale adattamenti molto estremi soprattutto della foglia (organo maggiormente esposto alla traspirazione). Piante effimere: sviluppano cicli vitali che durano solo il periodo di pioggia (durante il periodo secco sopravvive solo il seme) es. Stellaria media (fam. Caryophyllaceae) Piante con superfici fogliari ridotte (microfille) che riescono a tollerare un certo grado di aridità es. Rosmarino officinalis (fam. Labiateae) Piante con foglie robuste e coriacee (sclerofille), epidermide pluristratificata, stomi incassati ma numerosi es. Olea europea (fam. Oleaceae). Piante succulente: sviluppano fusti e/o foglie carnosi per l'enorme sviluppo del parenchima acquifero = serbatoio d'acqua da cui la pianta può attingere nei periodi sfavorevoli. Generalmente hanno foglie ridotte a spine o mancanti del tutto e la loro superficie è sempre ricoperta da una spessa cuticola. Molte succulente adottano la fotosintesi di tipo CAM (= crassulacean acid metabolism), che prevede l'assorbimento della CO2 di notte (stomi aperti) e la sua organicazione di giorno (stomi chiusi per evitare perdite d'acqua). IGROFITE - tipiche del clima caldo-umido (es. foreste tropicali), ma anche di altre zone in particolari condizioni ambientali di forte umidità (es. felci, salici, pioppi) Non essendo un problema la ricerca dell'acqua, presentano generalmente adattamenti che consentono di aumentare la perdita d'acqua. felce salice bianco IDROFITE - piante adattate a vivere nell'ambiente acquatico (fiumi, paludi, stagni, lagune, laghi) Idrofite completamente sommerse (es. Elodea canadensis) Idrofite con foglie galleggianti che hanno una superficie espansa e max esposizione alla luce, stomi sulla faccia superiore ed abbondante parenchima aerifero (galleggiamento e possibilità dei gas di arrivare agli organi sommersi). Nymphaea Lemna Saggittaria saggittifolia L. Alismataceae Tipha sp. Typhaceae ALOFITE - adatte ad ambienti dove il sale è in altissima concentrazione (zone costiere, lagune chiuse, deserti e steppe salati; aridità fisiologica = l'acqua c'è ma non può essere utilizzata). Salicornia europea L. Artemisia abrotamum L. Tamarix sp. MESOFITE - sono la maggior parte delle Angiosperme; tipiche del clima temperato, in genere hanno foglie grandi che perdono durante la stagione autunnale (es. tiglio, noce). Tiglio Adattamenti alla disponibilità di luce È possibile riscontrare capacità di adattamento, soprattutto delle foglie, a diverse condizioni di luce, anche all'interno della stessa pianta (es. faggio, tiglio) foglie eliofile - pienamente esposte alla luce (es. timo) - lamina spessa, poco estesa, con una spessa cuticola foglie sciafile - poco esposte alla luce (es. acetosella), tipico nelle piante da sottobosco - lamina sottile, estesa, con cuticola sottile. Adattamenti alla carenza di azoto – Piante carnivore Sono piante che riescono a vivere bene in ambienti poveri d'azoto e potassio grazie all'integrazione nella loro dieta soprattutto d'insetti, che vengono catturati e poi digeriti per via enzimatica. Riuscirebbero a vivere anche senza sostanze animali, ma con l'aggiunta di queste crescono sicuramente più sane e vigorose. Comprendono circa 500 specie che vivono per lo più in ambienti acquitrinosi o paludosi, nelle torbiere o su ceneri vulcaniche (substrati poveri di sostanze nutritive e con pH acido). Hanno spesso fiori molto belli ma sono in genere le foglie a trasformarsi in trappole mortali. Drosera rotundifolia L. Pinguicola sp. Utricolaria vulgaris L. Adattamenti alle quote elevate • ► Di particolare interesse sono gli adattamenti evoluti in risposta a sollecitazioni di carattere meccanico che hanno indotto l’evoluzione di particolari adattamenti morfo-funzionali. • ► I fattori meccanici hanno molta importanza nella selezioni ecologica delle specie. In certi ambienti (suoli mobili, acque correnti, luoghi calpestati, habitat pascolati, ecc.) le piante sono sottoposte periodicamente a forti sollecitazioni. In alcuni casi la vegetazione tipica viene sostituita da tipi di vegetazione costituiti da specie resistenti a quel fattore, in casi estremi viene completamente distrutta. • ► In genere in funzione del gradiente geotermico altitudinale si determina una distribuzione della vegetazione in fasce. • Di particolare interesse risulta il passaggio determinato dall’isoterma di 10°C del mese più caldo in quanto al di sopra di tale limite la forma arborea non può vegetare e viene di norma sostituita da piante a minore biomassa: arbusti e più in alto erbe. • ► Questo è anche determinato dal fatto che le condizioni per una assimilazione ottimale del carbonio vengono a diminuire per la riduzione della stagione vegetativa. Saxifraga paniculata Saxifraga longifolia Saxifraga oppositifolia Androsace alpina Androsace helvetica Carex sempervirens Sesleria caerulea Riduzione delle dimensioni Primula elatior (pianura, collina) Primula minima (alpi) Loiseleuria procumbens Salix herbacea Copertura di peli grigiastri in modo da: - riflettere i raggi UV, - diminuire la perdita d’acqua, microambiente favorevole - creare un Riduzione del ciclo biologico Riproduzione vegetativa. Polygonum viviparum Poa alpina ssp. vivipara Riproduzione per stoloni e ricacci Geum reptans Carex rupestris Fiori particolarmente vistosi e colorati per attirare gli insetti Aster alpino Centaurea nervosa Arnica montana Geranium argenteum Adattamenti alla scarsità d’acqua - Foglie succulente come riserva d’acqua Sedum alpestre Primula auricula Saxifraga rudolphiana - Peli e stomi infossati per ridurre la traspirazione Adattamenti ai terreni instabili (ghiaioni, frane, …) … e se il clima cambia? Una ricerca svolta dal 2003 al 2005 sul versante meridionale del Bernina, tra i 2.330 e i 3.181 metri di altitudine, intorno al rifugio Marinelli dal professor Graziano Rossi, dell’Università di Pavia, ha mostrato che ben 56 specie di piante alpine hanno abbandonato i loro areali di distribuzione tradizionali per spingersi a quote più elevate, alla ricerca di ambienti più freschi. Nella stessa fascia altitudinale sono state trovate 25 specie che in passato non c’erano, provenienti da quote più basse.