Dionaea muscipula: la venere carnivora

I fisici usano magnetometri atomici per misurare i segnali biomagnetici della pianta carnivora

Dionaea muscipula: la venere carnivora

La Venere carnivora, meglio conosciuta come la venere “acchiappamosche” – Dionaea muscipula – è una pianta che immobilizza le prede tra le foglie, usate come trappola. Un team interdisciplinare di scienziati ha individuato che durante il processo, sono presenti segnali elettrici, noti come potenziali d’azione che innescano la chiusura dei due lembi delle foglie. Inoltre è stato possibile dimostrare che questi segnali elettrici generano dei campi magnetici misurabili. Nella fattispecie, utilizzando magnetometri atomici, con cui è stato possibile registrare questo  biomagnetismo

Si potrebbe dire che l’indagine è un po’ come eseguire una risonanza magnetica negli esseri umani”, ha detto la fisica Anne Fabricant. “Il problema è che i segnali magnetici nelle piante sono molto deboli, il che spiega perché era estremamente difficile misurarli con l’aiuto delle vecchie tecnologie“.

Dionaea muscipula: l’attività elettrica è associata a segnali magnetici

Sappiamo che nel cervello umano i cambiamenti di tensione in certe regioni risultano da un’attività elettrica concertata che viaggia attraverso le cellule nervose sotto forma di potenziali d’azione. Tecniche come l’elettroencefalografia (EEG), la magnetoencefalografia (MEG) e la risonanza magnetica (MRI) possono essere utilizzate per registrare queste attività e diagnosticare non invasivamente i disturbi. Quando le piante sono stimolate, generano anche segnali elettrici, che possono viaggiare attraverso una rete cellulare analoga al sistema nervoso umano e animale.

Un equipe interdisciplinare di ricercatori della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), dell’Helmholtz Institute Mainz (HIM); poi del Biocenter della Julius-Maximilians-Universität di Würzburg (JMU), e del Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) di Berlino (l’istituto nazionale tedesco di meteorologia), ha ora dimostrato che l’attività elettrica nella venere carnivora, è anche associata a segnali magnetici.

“Siamo stati in grado di dimostrare che i potenziali d’azione in un sistema vegetale multicellulare producono campi magnetici misurabili, qualcosa che non era mai stato confermato prima”, ha detto Anne Fabricant, una dottoranda nel gruppo di ricerca del professor Dmitry Budker alla JGU e alla HIM.

Indurre il potenziale d’azione

La gabbia di Dionaea muscipula consiste in foglie di intrappolamento bilobate con peluria sensibile. Quando vengono sfiorate, innescano un potenziale d’azione che viaggia attraverso l’intera struttura. Dopo due stimoli successivi, la trappola si chiude e qualsiasi insetto-preda è bloccato all’interno e successivamente digerito. È interessante notare che la trappola è emotivamente stimolata in vari modi: oltre alle influenze meccaniche come il tocco, anche l’energia osmotica, per esempio i carichi di sale e acqua, e l’energia termica sotto forma di calore o freddo possono innescare potenziali d’azione.

Per il loro studio, il team di ricerca ha utilizzato la stimolazione del calore per indurre potenziali d’azione, eliminando così i fattori ipoteticamente disturbanti come il rumore di fondo meccanico nelle loro misurazioni magnetiche.

Biomagnetismo – rilevamento di segnali magnetici da organismi viventi

Mentre il biomagnetismo è stato esaminato relativamente bene negli esseri umani e negli animali, finora pochissime ricerche equivalenti sono presenti nel regno vegetale; usando solo magnetometri SQUID (superconducting-quantum-interference-device), strumenti ingombranti che devono essere raffreddati a temperature criogeniche. Per l’attuale esperimento, il team di ricerca ha utilizzato magnetometri atomici per misurare i segnali magnetici della Dionaea muscipula. Il sensore è una cella di vetro riempita con un vapore di atomi di alcali, che reagiscono a piccoli cambiamenti nell’ambiente del campo magnetico locale. Questi magnetometri alimentati otticamente sono più attraenti per le applicazioni biologiche perché non richiedono raffreddamento criogenico e possono anche essere miniaturizzati.

I ricercatori hanno rilevato segnali magnetici con un’ampiezza fino a 0,5 picotesla dalla Venere Carnivora, che è milioni di volte più debole del campo magnetico terrestre.

L’ampiezza del segnale registrato è simile a quello che si osserva durante le misurazioni di superficie degli impulsi nervosi negli animali“. Conclude Anne Fabricant.

I fisici della JGU mirano a misurare segnali ancora più piccoli da altre specie di piante. In futuro, tali tecnologie non invasive potrebbero essere potenzialmente utilizzate in agricoltura per la diagnostica delle piante coltivate; rilevando le risposte elettromagnetiche a improvvisi cambiamenti di temperatura, parassiti o influenze chimiche senza dover danneggiare le piante con elettrodi.

I risultati dello studio sono pubblicati su Scientific Reports. Il progetto ha ricevuto il sostegno finanziario della Fondazione tedesca per la ricerca (DFG); della Fondazione Carl Zeiss e del Ministero federale tedesco dell’istruzione e della ricerca (BMBF).

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