Le piante di mais comunicano tra loro per difendersi quando sono vicine.

Le piante di mais si sussurrano messaggi per difendersi dai nemici. Quando sono vicine, rilasciano una sostanza volatile che induce le piante vicine a produrre composti che ne rallentano la crescita, ma ne attivano le difese contro i parassiti. Non solo, modificano il microbioma del suolo con cui interagiscono, lasciando un'eredità difensiva nel terreno che prepara il sistema immunitario della generazione successiva. La scoperta, pubblicata su Science , apre le porte all'uso delle sostanze proprie della pianta come pesticidi.

Con un impeccabile progetto sperimentale, un gruppo di ricercatori cinesi, svizzeri e olandesi ha cercato di studiare le condizioni ottimali e le conseguenze della coltivazione di mais ad alta densità. Per diversi decenni, la semina di mais e altre graminacee, come grano e riso, in stretta prossimità ha permesso di aumentare la produzione di questi alimenti di base per la popolazione mondiale. Ma ogni sovraffollamento ha i suoi rischi: se un parassita entra, avrà più facilità a diffondersi, come dimostrano chiaramente i virus umani.

Ciò che hanno fatto è stato piantare campi a bassa densità di 60.000 piante per ettaro, e altri al doppio, 120.000/ha. Hanno scoperto che, sebbene non ci fossero differenze significative ai bordi di entrambi i campi, le piante all'interno dei campi sovraffollati modificavano i loro apparati radicali e riducevano l'altezza di crescita delle pannocchie, la concentrazione di clorofilla e il numero di chicchi per pannocchia. Hanno quindi confermato che la densità influisce sulla crescita. Ma hanno anche osservato danni da parassiti significativamente inferiori dove le pannocchie crescevano più vicine.

"La nostra ipotesi iniziale era che ad alte densità di piante, le piante vicine sono più vicine tra loro, il che intensifica i segnali chimici, mentre a basse densità questi segnali potrebbero essere troppo deboli per innescare risposte significative", ha affermato in una e-mail Lingfei Hu, ricercatore presso l'Università di Zhejiang in Cina e coautore degli esperimenti.

Per cercare di capire quali segnali chimici utilizza il mais, hanno piantato centinaia di piantine a diverse densità di 50, 100, 150 e persino 200 avannotti per metro quadrato. Quando hanno raggiunto la quarta foglia, hanno rimosso le piante ma hanno mantenuto il terreno, piantandone di nuove. Hanno poi notato che maggiore era la densità, migliore era la resistenza del mais a quattro dei suoi peggiori nemici: la lafigma autunnale, che ne divora le foglie; il nematode Meloidogyne incognita , un parassita che preda le radici; la marciume fogliare del mais, un fungo che riduce la resa; e il virus del nano striato nero, che ha avuto origine nel riso e si è diffuso su questa erba. C'era qualcosa nell'aria, nel terreno, o in entrambi, che li proteggeva.

Dopo aver escluso la genetica, hanno testato diverse varietà e analizzato la presenza di composti organici volatili (COV) emessi nell'ambiente dalle foglie di mais. Hanno scoperto che nei campi densamente coltivati, il COV più abbondante era il linalolo. Si tratta di un alcol presente in molte piante, soprattutto aromatiche o agrumi, il cui profumo ricorda la lavanda. "È un volatile rilasciato costitutivamente, emesso in condizioni normali. Anche le piante isolate lo rilasciano", ricorda Hu. Per costitutivo, intende che è presente normalmente nelle foglie, a differenza di altri composti che la pianta produce solo quando è attaccata o stressata.

Il linalolo mostra tutta la sua efficacia quando il mais è nelle immediate vicinanze. "Non conosciamo ancora la concentrazione esatta necessaria per innescare una risposta nelle piante vicine", riconosce Hu. Ma quando raggiunge una soglia critica, il mais si prepara alla guerra. In meno di tre giorni, le piante circostanti hanno modificato il loro metabolismo, producendo maggiori quantità di ormoni come l'acido jasmonico che riattivano il loro sistema immunitario. E le radici secernono composti chiamati benzoxazinoidi, che hanno proprietà pesticide. Una delle prime cose che fanno è influenzare la rizosfera, la simbiosi tra funghi benefici e radici, e l'intero microbiota del suolo. Questo mette in allerta il sistema immunitario. Il rilascio di linalolo, la biosintesi degli ormoni e l'essudazione di benzoxazinoidi sono tutti collegati.

"Una pianta rilascia linalolo, che provoca cambiamenti nel metabolismo delle altre piante, cambiamenti che hanno un effetto sui batteri del suolo, un effetto che permane a lungo dopo la scomparsa della pianta", riassume Sergio Ramos, ecologo evoluzionista presso l'Università di Zurigo e ricercatore nel campo delle sostanze volatili del mais. Come sottolinea Ramos, non coinvolto in questo lavoro, "il mais è tra le principali colture al mondo per superficie, ed è stato studiato a tal punto che la sua comunicazione chimica è nota in dettaglio". Ma la meraviglia di come ciò sia avvenuto era sconosciuta. "Il mais è in grado di identificare l'insetto che lo sta mangiando dalle proteine presenti nella sua saliva". Questo attiva la produzione di sostanze volatili indotte, che compaiono solo dopo l'attacco. Ma il linalolo non è indotto; è sempre presente. Tuttavia, come sottolinea questo ricercatore, genera una risposta solo su brevi distanze: "tutte le sostanze volatili tendono ad aumentare".

Per Lucía Martín, ricercatrice presso la Missione Biologica della Galizia (MBG-CSIC), l'aspetto più rilevante di questo lavoro, sebbene sia rimasta stupita da tutto ciò che lo riguarda, è l'effetto eredità sul suolo. "Funziona come un vaccino, preparando il sistema immunitario della generazione successiva", afferma. Martín ha scritto la sua tesi studiando i composti volatili nelle patate; ora li sta studiando in altre piante come il cotone, e tra poche settimane si recherà in Svezia per studiare questo effetto eredità. Ha scoperto come l'attacco delle larve di tignola alle piante di patata induca il rilascio di composti volatili che, a loro volta, attivano le difese di altre piante, rendendole più resistenti.

Uno dei pochi punti deboli che la ricercatrice riscontra nello studio sulle piante di mais, evidenziato anche da Ramos, è che, sebbene dimostrino il ruolo scatenante del linalolo, non spiegano come le piante vicine ne sentano , annusino o percepiscano l'aroma. "Diversi possibili recettori sono stati identificati in altre piante, ma la ricerca è ancora in corso", riconosce. Nel 2024, la rivista Science ha pubblicato anche uno studio che aveva identificato un recettore nel pistillo delle petunie per una specifica sostanza volatile, il germacrene. Ma non si sa altro.

Sebbene questo non fosse l'obiettivo dello studio, esso indica il possibile utilizzo di alcune sostanze volatili in agricoltura. Ad esempio, laddove vi sia un rischio maggiore di parassiti, il rilascio di linalolo potrebbe essere indotto o addirittura disperso nella sua versione sintetica, attualmente disponibile. Claude Becker, biologo dell'Università di Monaco (Germania), ha scritto un commento alla ricerca di Hu e colleghi, sempre su Science . In una e-mail, ricorda che "hanno coltivato orzo e loietto [un tipo di erba] su terreni che in precedenza avevano mais ad alta densità; si è scoperto che mostravano difese più forti contro gli erbivori". Quindi, per lui, "in un certo senso: sì, il linalolo sembra avere un effetto generale (indiretto) sulla difesa antierbivora delle piante che lo percepiscono". Ma Becker osserva anche che non hanno confrontato l'entità dell'effetto con quella di un vero e proprio erbicida.

C'è un ultimo problema per Becker, evidenziato anche da Ramos, Martín e persino dagli autori: "C'è lo svantaggio che gli effetti del linalolo portano anche a piante più piccole", afferma il ricercatore tedesco. È quasi meccanico; le risorse sono limitate e le dedicano alla crescita o alla difesa. Ma questo indica un'altra possibilità: dove non c'è pericolo, interrompere la comunicazione – cioè inibire la produzione di linalolo – potrebbe accelerare lo sviluppo delle piante.