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Sempre più in alto

Alcune specie vegetali stanno migrando ad alta quota. In camera climatica si simula il loro adattamento

Annelie Bortolotti
© Eurac Research | Annelie Bortolotti
08 June 2022by Giovanni Blandino

Cambiamenti climatici e aumento della temperatura spingono sempre più frequentemente specie animali, vegetali e microorganismi ad altitudini maggiori. Ma come si adattano gli esseri viventi alle nuove condizioni in quota? Un inedito test che si sta svolgendo nel terraXcube, il simulatore di climi estremi di Eurac Research, osserva come la minore pressione atmosferica influenzi la fotosintesi e la traspirazione nelle piante. E se i microorganismi del suolo ne possano supportare l’adattamento.

In montagna alcune specie vegetali si stanno adattando a vivere a quote maggiori, è un fatto descritto da numerosi studi scientifici (questo, ad esempio, e quest'altro). Le fotografie scattate nei territori montani all’inizio del Novecento parlano chiaro: in molte zone il limite del bosco – ovvero la linea sorprendentemente netta oltre la quale gli alberi non riescono più a vivere – si è mosso verso l’alto. I cambiamenti nella fisionomia del paesaggio sono dovuti solo in parte all’abbandono dei territori montani da parte dell’uomo, a determinarli sono anche le nuove condizioni climatiche.

“Alcuni scienziati hanno ripercorso i campionamenti botanici effettuati nel passato, tornando nel punto esatto dove era stato effettuato il rilievo floristico,” racconta Matteo Dainese, ecologo dell’Istituto per l’ambiente alpino di Eurac Research. “In quei luoghi oggi i botanici hanno osservato un cambiamento nella composizioni delle comunità vegetali e, in alcuni casi, hanno campionato specie che vivevano 200 o 300 metri più in basso”.

Il limite del bosco, in un ambiente alpino.© Adobe Stock | Lauren

Le piante infatti, come tutti gli organismi viventi, reagiscono all’aumento della temperatura nel loro habitat in diversi modi. Alcune specie si adattano alle nuove condizioni ambientali, altre vanno in sofferenza, altre ancora migrano. “I semi trasportati dal vento, dagli animali o dall’uomo colonizzano territori a quote più elevate, dove ora c’è una temperatura simile a quella cosiddetta prewarming, ovvero antecedente ai cambiamenti climatici in atto,” Matteo Dainese ci racconta così il modo in cui le piante riescono a “muoversi”. In alta quota però le piante trovano condizioni ambientali del tutto nuove, come ad esempio una minore pressione atmosferica. Come si adatteranno?

Studiare l’adattamento delle piante, in ambiente controllato

Se diverse ricerche hanno confermato lo spostamento di alcune specie vegetali a quote superiori, raramente invece si è potuto osservare la risposta fisiologica delle piante a questi cambiamenti. Ad esempio, fino a questo momento non si è mai studiata a fondo la relazione tra la bassa pressione atmosferica e i meccanismi di adattamento delle piante.

"Quando studiamo degli organismi nel loro habitat in montagna, tutte le condizioni ambientali sono strettamente correlate le une alle altre. Distinguerle è pressocchè impossibile"

Matteo Dainese, ecologo

“Studiare l’influenza di un singolo fattore ambientale – come la pressione atmosferica – tramite osservazioni nell’ambiente reale è estremamente complesso,” spiega Dainese. “Quando studiamo degli organismi nel loro habitat in montagna, alcune condizioni ambientali – ad esempio la pressione e la temperatura – sono strettamente correlate. Distinguerle è pressocché impossibile”. Per questo i ricercatori di Eurac Research e dell’Università di Innsbruck hanno ideato un particolare esperimento che si sta svolgendo in queste settimane nelle camere climatiche del terraXcube, il simulatore di ambienti estremi di Eurac Research situato al parco tecnologico NOI Techpark. In questa infrastruttura di nuova generazione è stato simulato artificialmente un cambio di quota per alcune specie vegetali presenti normalmente in Alto Adige. Il team di ricerca è pronto a osservare come le piante reagiranno. E non solo.

© Eurac Research | Annelie Bortolotti

Un esperimento inedito

All’interno delle camere ipobariche del terraXcube, alcune specie che popolano oggi la Val di Mazia, a circa 1500 metri s.l.m., sono state trasportate artificialmente a quote superiori. Al tempo stesso saranno però mantenuti costanti altri fattori, come la temperatura, l’umidità, la quantità di luce. “In questo modo potremmo osservare, nel corso di alcune settimane, come la minore pressione atmosferica presente ad alte quote agirà sul funzionamento dei vegetali,” spiega Matteo Dainese. In particolare saranno osservati eventuali cambiamenti nei meccanismi che regolano l’attività fotosintetica e la traspirazione. “La traspirazione nelle piante vascolari regola gli scambi gassosi tra la pianta e l’atmosfera. Di giorno ad esempio nell’organismo vegetale entra Co2 e fuoriesce acqua in forma di vapore,” racconta il ricercatore. Le piante regolano questi scambi mantenendo aperti o chiusi gli stomi, piccoli pori presenti soprattutto nella pagina inferiore delle foglie. “La nostra ipotesi è che le piante traspirino maggiormente a quote più elevate, diventando più vulnerabili agli stress idrici”. Così si potrà osservare quali piante sono adattabili e quali invece potrebbero andare in stress in alta quota.

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Brachypodium rupestre© Jean-Luc GORREMANS (cc-by-sa)
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Silene vulgaris© Adobe Stock - Iker
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Trifolium pratense© Adobe Stock - paulst15

Le specie “spedite” artificialmente ad alta quota


Tre sono le specie vegetali protagoniste dell’esperimento, prelevate dai prati della Val di Mazia, una valle laterale della Val Venosta in Alto Adige.

Brachypodium rupestre, una graminacea. Trifolium pratense, una leguminosa. Silene vulgaris, un’erba spontanea e commestibile.

Queste sono infatti tra le specie più rappresentative delle comunità ecologiche in Val di Mazia e fanno parte anche dell’alimentazione di animali, selvatici e non.

Artificialmente in quota, fino a 4000 metri s.l.m.

L’inedito esperimento è stato preparato nelle small cube di terraXcube, quattro camere in grado di replicare ciascuna in modo indipendente diverse condizioni ambientali tipiche dell’arco alpino. In una camera si ricreano le condizioni di pressione atmosferica tipiche della Val di Mazia, dove sono state prelevate le piante: 1500 metri di altitudine. In una seconda camera si mantiene l’altitudine più bassa che troviamo in Alto Adige quella di Bolzano a 200 metri s.l.m.. In una terza camera si accompagnano le piante a 2.500 metri di altitudine. “Secondo diversi modelli climatici, questo è uno degli scenari più radicali – ma comunque verosimili – che potremmo avere attorno all’anno 2100. Lo scenario RCP8.5, raggiungibile se non ci sarà alcuna mitigazione delle emissioni globali, prevede un aumento di temperatura tra i 4 °C e i 7 °C entro la fine del secolo. Il che vuole dire che le specie vegetali si potrebbero spostare di 600-1000 metri più in alto,” racconta Matteo Dainese.

In una terza camera si accompagnano le piante a 2.500 metri di altitudine. Uno scenario climatico radicale, ma verosimile se non ci saranno mitigazioni nelle emissioni globali

Infine l’ultima camera sarà dedicata a uno scenario estremo: 4000 metri di altitudine. “Questo non è uno scenario verosimile. In questo modo potremmo però osservare in maniera più netta il funzionamento della pianta a pressioni atmosferiche così basse. Questa quota è il limite superiore in cui si possono trovare piante vascolari nelle montagne della regione temperata”. L’esperimento però non finisce qui. Tra gli osservati speciali non ci sono solo le piante, ma anche un ulteriore elemento che si sospetta possa aiutare l’adattamento dei vegetali in nuovi habitat: i microorganismi del suolo.

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Camera climatica a 4000 mt di altitudine© Eurac Research - Annelie Bortolotti
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Misurazione della crescita delle piante © Eurac Research - Annelie Bortolotti
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Misurazione del contenuto di clorofilla delle foglie© Eurac Research - Annelie Bortolotti

L’importanza dei microorganismi del suolo nell’adattamento

Alcune ricerche suggeriscono che i microorganismi del suolo potrebbero avere una funzione di mediazione nei meccanismi di adattamento delle piante in nuovi habitat. Per questo, all’interno delle camere climatiche del terraXcube verrà osservato l’effetto della quota anche sui microbi del suolo – da soli e nella loro interazione con le piante. A curare questo aspetto saranno i microbiologi dell’Università di Innsbruck. “L’ipotesi qui è che ci siano microorganismi più adattabili di altri alla vita in alta quota. E che questi possano aiutare le piante ad adattarsi alle nuove condizioni ambientali,” spiega Paul Illmer, a capo del gruppo di ricerca di microbiologia del suolo e cambiamento climatico dell’Università di Innsbruck. Nei diversi scenari di quota simulati, alcune piante saranno coltivate in un suolo sterilizzato, ovvero senza la componente microbica. Altre sul suolo proveniente dalla Val di Mazia, quindi contenente i microorganismi tipici del loro habitat naturale. Inoltre saranno testate diverse culture microbiche contenenti funghi e batteri. “Lo scopo è di capire quali microorganismi siano più adattabili all’altitudine e quali siano più efficaci nel mitigare gli effetti della quota nelle piante”.

Tre anni di esperimenti

Camera climatica all'interno del terraXcube© Eurac Research | Annelie Bortolotti

Il primo test nel terraXcube avrà una durata appositamente limitata: circa un mese. “Vogliamo inizialmente osservare la risposta immediata della pianta al cambiamento di pressione atmosferica. È l’elemento più difficile da analizzare con studi in condizioni reali”. Ma il progetto UPSHIFT, nella cornice del quale si svolge questo primo esperimento, terminerà solo alla fine del 2024. “Nei prossimi esperimenti andremo a scombinare le carte: osserveremo il comportamento di microorganismi e piante provenienti questa volta da habitat e quote diverse – facendoli interagire tra loro in una nuova comunità ecologica”.

Nel terraXcube si osserva cosa potrebbe accadere alle comunità ecologiche, con qualche decennio di anticipo

Questi scenari sono verosimili. A causa dei cambiamenti climatici, non tutti gli organismi si sposteranno o adatteranno allo stesso modo. Sicuramente si assisterà a una ricombinazione delle comunità naturali e delle loro strutture: piante, insetti e microorganismi proveniente da quote più basse si troveranno a convivere con specie già presenti. Le comunità ecologiche del futuro saranno quindi composte da nuove specie e da nuove combinazioni di specie vegetali, insetti e organismi del suolo. Nelle camere di simulazione del terraXcube si osserva cosa potrebbe accadere, con qualche decennio di anticipo.

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Il progetto UPSHIFT

Il progetto UPSHIFT coinvolge Eurac Research e l’Università di Innsbruck . Avrà una durata di tre anni ed è finanziato dalla Provincia Autonoma di Bolzano con il fondo Joint Programme – IT-FWF.

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