Tutti abbiamo avuto in casa una pianta grassa: la grande adattabilità e la necessità di pochissime cure rendono questi vegetali molto popolari anche tra i giardinieri alle prime armi. Se chiedessimo a un bambino di disegnare una pianta grassa, probabilmente sceglierebbe, tra tutte le specie, una Cactacea e la ricoprirebbe di spine.
Ma a cosa servono le spine? Come si sono evolute?
La maggior parte dei botanici che studiano i cactus ha concluso che le spine sono perule, quelle scaglie che ricoprono e proteggono le gemme, o foglie modificate (la differenza è irrilevante perché le stesse perule sono foglie modificate). La natura fogliare delle spine è certamente comprensibile dalla loro ubicazione: le primordie delle spine somigliano molto alle primordie delle foglie e sono prodotte proprio dove, in effetti, ci si aspetterebbero delle foglie.
Tutti i cactus, in realtà, producono, oltre alle spine che sono foglie modificate, anche le foglie vere e proprie, ma queste sono microscopiche nella maggior parte dei casi.
Riducendo la superficie fogliare si è ridotta la perdita di acqua traspirante ma anche la superficie fotosintetica. Di conseguenza il fusto dei cactus è verde perché, mancando foglie di superficie adeguata, è il luogo dove si compie la fotosintesi.
L’evoluzione però sembra essere stata più complessa di quanto ci si aspetterebbe. I due organi da adulti hanno, infatti, poco in comune oltre a svilupparsi da primordi fogliari: le spine dei cactus, quando sono mature, non contengono nessuna delle cellule o dei tessuti caratteristici delle foglie; al contrario, le foglie mancano di tutte le caratteristiche delle spine.
Le spine sono costituite solo da un nucleo di fibre circondato da cellule epidermiche sclerotizzate. Non hanno stomi, cellule di guardia, parenchima, mesofillo, xilema, floema, tutti i tessuti caratteristici della foglia. Quando sono mature, tutte le cellule di una spina sono morte e anche quando la spina è ancora in crescita ha cellule vive solo alla sua base.
Le spine però non sono solo una parte senza vita del corpo della pianta: hanno diverse e importanti funzioni.
In molti casi, le spine sono forti e dolorose per chi le colpisce e possono offrire protezione contro gli erbivori ma non hanno obbligatoriamente una funzione difensiva. In alcune specie le spine sono così morbide che un animale affamato e assetato le può masticare senza problemi. Il vantaggio di tali spine sembra essere bloccare la luce solare e quindi impedire il surriscaldamento, lo sbiancamento della clorofilla e il danneggiamento del DNA della pianta. Molti cactus dei deserti soleggiati e caldi sono infatti protetti dalla piena luce solare da una fitta copertura di spine.
Le spine possono anche avere aspetti molto diversi: ad esempio, in Mammillaria plumosa, le cellule dell’epidermide della spina sporgono verso l’esterno come lunghi tricomi, dando loro un aspetto piumato. In altre specie, le spine sono piatte, sottili e cartacee, troppo flessibili per scoraggiare gli animali, ma abbastanza larghe per ombreggiare la pianta (oltre che per mimetizzare il cactus tra le erbe fra cui cresce).
Queste differenze sono determinate dal bisogno di ogni cactus di avere un modello di copertura di spine ottimale per massimizzare l’efficienza fotosintetica nel proprio habitat, spesso un habitat estremo.
Sebbene la variazione delle spine all’interno delle specie o popolazioni di cactus sia considerata ampia, le dimensioni e la morfologia dei diversi tratti anatomici delle spine sono ancora troppo poco studiate al fine del riconoscimento tassonomico. In un recente studio è stato usato un microscopio elettronico a scansione per studiare le differenze sulla superficie delle spine tra i diversi individui di una specie di cactus il Gymnocalycium kieslingii subsp. Castaneum.
Un microscopio ottico è stato invece utilizzato per misurare larghezza, spessore, area della sezione trasversale, diametro e spessore della parete cellulare della fibra. I risultati di questa ricerca forniscono informazioni pionieristiche utili nella raccolta di campioni di spine nel campo tassonomico e biomeccanico oltre che fornire dati preliminari per futuri studi strutturali.
FARE SCIENZE:
Attraverso delle immagini, o delle piccole piante grasse portate a scuola, si può provare ad osservare diversi esemplari di Cactacee e descrivere le differenze tra le varie spine.
Si può poi portare ragazze e ragazzi a individuare il pattern di posizionamento delle spine sulla pianta, in modo da creare un gancio per introdurre Fibonacci.
Infine, si può realizzare un piccolo terrario con vari cactus e mantenerlo in classe.
Glossario:
Primordia: in embriologia, è un organo o tessuto nel suo primo stadio di sviluppo riconoscibile
Perula: foglie trasformate in maniera tale da fornire protezione alle gemme delle piante
Tricomi: dal greco “crescita di peli”, sono sottili escrescenze o appendici di piante
Referenze:
Mauseth JD Structure–Function Relationships in Highly Modified Shoots of Cactaceae Annals of Botany 98: 901–926, 2006
Cactus Spines: The evolutionary conversion of leaves to spines in cacti.
Gebauer R. et al., Anatomical and morphological spine variation in Gymnocalycium kieslingii subsp. castaneum (Cactaceae) PhytoKeys 69: 1–15 (2016)