Gli incendi e la rigenerazione di un ecosistema

Le alte temperature e la lunga siccità favoriscono gli incendi boschivi, che possono alterare negativamente gli ecosistemi, ma possono anche determinare una loro rigenerazione. L’effetto degli incendi sulla popolazione vegetale di un ecosistema dipende innanzitutto dall’intensità e dalla durata dell’incendio in sé, ma anche dalla temperatura che viene raggiunta e dalle trasformazioni chimiche che il fuoco può provocare a livello del suolo. Alcune piante, che si trovano in zone in cui la frequenza degli incendi è elevata, per esempio nelle aree mediterranee, hanno sviluppato dei tratti adattativi influenzati direttamente dal fuoco. Uno di questi tratti è la rottura della dormienza dei semi, la quale può portare ad una rigenerazione del territorio colpito.

Negli ecosistemi a rischio incendi, le specie vegetali presentano diverse caratteristiche per affrontare questi eventi ricorrenti, come quelle relative alla ricrescita e alla stimolazione della germinazione dei semi. Questi tratti adattativi si sono evoluti poiché aumentano la cosiddetta fitness, ovvero la sopravvivenza e il successo riproduttivo di un individuo. In particolare, il fuoco, sia per il suo calore, che per le sostanze chimiche da esso liberate, può determinare la rottura della dormienza dei semi.

Il suolo è ricco di semi dormienti, ovvero semi in uno stato in cui non sono in grado di germinare e dare vita ad una nuova plantula, poiché per la germinazione e l’insediamento di essa è necessario che ci siano le condizioni di umidità, ossigeno e luce ottimali. Infatti, grazie a questo tratto adattativo, i semi rimangono immagazzinati nel terreno, sia per pochi mesi, sia arrivando a molti decenni, come una vera e propria banca di semi persistente, in attesa dell'arrivo delle condizioni ideali. Stimoli esterni associati a condizioni favorevoli determinano l’interruzione della dormienza dei semi, ed è il caso della germinazione post-incendio, la quale può essere innescata da diversi meccanismi, tra i quali il calore e il fumo sprigionati dal fuoco, che aumentano la probabilità di successo d’insediamento.

Negli ecosistemi mediterranei soggetti a incendi, è stato dimostrato che lo shock termico dato dal fuoco dirompente rompe la dormienza dei semi e innesca la germinazione; infatti, si parla di germinazione stimolata dal calore. Lo shock termico, in particolare, può favorire la germinazione in due modi: rompendo la dormienza fisica o rendendo i semi maggiormente permeabili all’acqua. Nel primo caso, i semi sono ricoperti da un mantello, una sorta di barriera impermeabile per la protezione del seme, che può essere rotto e permettere in questo modo all’acqua di entrare all’interno del seme. Altri semi, invece, sono esenti di mantello, e l’alta temperatura può renderli maggiormente permeabili all’acqua. L’acqua, una volta penetrata all’interno del seme, favorisce la sua germinazione.

Un altro fattore scatenante la rottura della dormienza dei semi è il fumo. Per fumo, in realtà, si intende una serie di composti chimici, cenere e legno carbonizzato, che oltre a stimolare la germinazione, possono anche favorire la crescita delle nuove piantine. Questi composti derivanti dalla pirolisi della biomassa, sono sottoprodotti organici o inorganici, che, se in uno stato volatile si possono diffondere nell’aria, o, dopo la pioggia, percolano attraverso il suolo, dove possono raggiungere i semi. I composti chimici del fumo possono comportarsi come cofattori di alcune proteine presenti nei semi dormienti, aumentando, in questo modo, l’attività di queste macromolecole. Ne sono un esempio gli enzimi idrolitici, responsabili della rottura della dormienza dei semi. Altri composti, invece, possono aumentare il tasso di assorbimento dell’acqua.

Il fuoco, oltre a determinare l’interruzione della dormienza fisica o aumentare l’assorbimento dell’acqua da parte dei semi, crea simultaneamente dei varchi aperti nella vegetazione in cui il suolo è nudo. Rimuovendo efficacemente la lettiera, le nuove distese di terreno formatesi possono essere invase dalla crescita di piante che prima erano impossibilitate a insediarsi. Queste nuove aperture sono ricche di nutrienti, adatte alla germinazione. Inoltre, gli incendi, se ricorrenti soprattutto, possono selezionare i semi maggiormente tolleranti al calore per la rigenerazione del territorio colpito. Quindi, negli ecosistemi altamente infiammabili si creano le condizioni ideali, dove i semi germineranno qualora le condizioni idrotermiche saranno adeguate, come nel caso della prima pioggia successiva all’incendio, proprio nei nuovi varchi aperti.

I semi di molte specie vegetali con dormienza rilasciata dal fuoco possiedono delle appendici carnose ricche di grassi per facilitare la dispersione, in particolare da parte delle formiche. Queste strutture servono al seme proprio per attirare tali animali, i quali le utilizzano per nutrire le loro larve. Portandole al nido, le formiche interrano i semi, collocandoli ad una profondità in cui la concentrazione di calore e/o fumo è favorevole a rompere la dormienza dei semi e a stimolare la loro germinazione. Le formiche, quindi, come suggerito dallo studio di Lengyel et al. del 2010, agiscono come agenti di dispersione senza danneggiare i semi, favorendo indirettamente la rigenerazione degli ecosistemi dopo un evento catastrofico come quello di un incendio.

Negli ecosistemi erbosi soggetti a frequenti ed intensi incendi, come le savane, la dormienza dei semi e l’interruzione di essa correlata ad un incendio è meno comune. Tuttavia, i tassi di germinazione, in condizioni normali e post-incendio, sono due volte più veloci nelle savane che negli ecosistemi mediterranei. Questi ecosistemi e l’interazione con il fuoco sono stati studiati di recente, e per ora è noto che i semi, in queste aree, tollerano gli incendi, ma la dormienza rilasciata dal fuoco è in media solo del 23%, come riportato da Pausas e Lamont. Si sono ipotizzate diverse ragioni di un differente adattamento in questi ecosistemi, tra cui: la maggior parte delle piante perenni nelle savane diventano tolleranti agli incendi prima del raggiungimento della maturità, determinando una diminuzione della pressione selettiva sui semi; in secondo luogo, la frequenza così alta di incendi limita l’interramento dei semi e lo sviluppo di un meccanismo di dormienza, rottura e germinazione.

Gli incendi, a seconda della loro frequenza e intensità, rappresentano un fattore chiave dell’evoluzione e del mantenimento di diversi tipi di dormienza dei semi in molti ecosistemi naturali del mondo. In questo modo, permettono la rigenerazione di interi ecosistemi soggetti ad incendi periodici, che, grazie proprio a questi adattamenti evolutivi, possono continuare ad esistere. Tuttavia, le influenze antropiche sempre più presenti ed insistenti, stanno modificando i meccanismi di interruzione della dormienza dei semi di molte specie vegetali, alterando il ruolo del fuoco e gli equilibri naturali instauratesi.