Perché le piante fioriscono anticipatamente?

La fenologia vegetale è un settore di studio che si occupa della definizione delle fasi di sviluppo delle piante, dette fasi fenologiche, che si verificano nei diversi ambienti e come cambiano in risposta alle variazioni climatiche. Le piante, come gli altri organismi, sono sensibili agli agenti abiotici, ovvero quei fattori esterni come gelate, ondate di caldo, grandine, ma anche agenti biotici, come attacchi di insetti e di agenti patogeni. In particolar modo, la sensibilità cambia a seconda della fase di sviluppo in cui si trova la pianta quando subisce la variazione. Gli studi scientifici si servono delle osservazioni fenologiche eseguite per vari anni in un determinato territorio per determinare cambiamenti e rischi.

La fioritura delle piante è il passaggio di transizione tra la fase vegetativa e la fase riproduttiva. Le cellule del tessuto meristematico del germoglio, ovvero quelle cellule che hanno una natura embrionale, che rimangono “giovani per sempre”, proliferano e si differenziano. Ciò vuol dire che avvengono dei cambiamenti a livello genetico, indotti da fattori ambientali, quali la temperatura e le precipitazioni. La fioritura è quindi controllata da diversi fattori genetici, influenzati a loro volta da agenti esterni.

La fioritura è influenzata da diversi fattori climatici, quali la temperatura invernale a cui è sottoposta la pianta. Molte specie vegetali, specialmente quelle che crescono in climi temperati, per fiorire, necessitano di affrontare un periodo prolungato di esposizione al freddo, chiamato vernalizzazione. Ciò assicura che lo sviluppo riproduttivo e la produzione di semi avvenga in primavera o in estate, piuttosto che in autunno. Dopo la vernalizzazione, le piante possono necessitare anche di altri stimoli stagionali prima di fiorire.

La fioritura è un processo finemente controllato a livello molecolare: la proteina Flowering Locus C (FLC) è la principale protagonista. Infatti, essa reprime la fioritura bloccando i geni responsabili di questo processo fisiologico. Quando però la pianta è esposta ad un periodo di freddo prolungato, vengono prodotte altre molecole, come proteine o acidi nucleici, che a loro volta riducono l’espressione di FLC. Il silenziamento dell’espressione di FLC permette ai geni responsabili della fioritura della pianta di essere liberamente espressi e quindi dar via a questo processo fisiologico.

Negli ultimi anni si sono osservate diverse fioriture anticipate rispetto al periodo medio. Le misure variano a seconda del territorio che si prende in considerazione, che sarà caratterizzato da differenti stimoli ambientali,ma la tendenza ad anticipare questo importante processo fisiologico è ormai nota. Infatti, uno studio dell’Università di Cambridge ha analizzato 406 specie di piante differenti, da cui è emerso che la data media di prima fioritura compresa tra il 1987 e il 2019 è stata anticipata di un mese rispetto alla data media misurata tra il 1753 e il1986. Da altri studi basati su dati storici riguardanti le date di fioritura di oltre 400 specie, emerge che i tempi di fioritura sono avanzati in media di 4-6 giorni per ogni aumento di grado centigrado. Ad esempio, dalle osservazioni nelle comunità vegetali di Concord, in Massachusetts (USA) raccolte dal 1852 al 2006, in cui la temperatura è aumentata di 2,4°C, hanno portato a un avanzamento di 7 giorni nella data di fioritura.

Il periodo in cui è stato registrato un anticipo della fioritura delle piante in UK, coincide con le tempistiche in cui c’è stata un’accelerazione del riscaldamento globale causato dall'attività umana. Infatti, Il cambiamento climatico in corso, è iniziato dagli anni ’80 e ha indotto cambiamenti su scala globale. Le emissioni di gas serra, tra cui l’anidride carbonica, hanno generato un aumento della temperatura media della Terra. Le emissioni di gas serra antropogeniche sono così rilevanti per il conseguente riscaldamento della superficie terrestre, poiché sono in grado di riflettere le radiazioni infrarosse che scaldano l’atmosfera. Questo ha quindi causato un aumento della temperatura media superficiale che dal 1850 ad oggi è stato di 1,1°C.

Negli ultimi anni gli studi riguardante la sfera molecolare che regola la fioritura, in rapporto agli stimoli abiotici, sono aumentati. Tuttavia, le informazioni sull'impatto dei fattori del cambiamento climatico, quali la temperatura e la concentrazione di anidride carbonica, sulla regolazione delle vie del tempo di fioritura, sono limitate. In generale, si ha un’alterazione dei diversi elementi molecolari che regolano l’espressione genica che dà il via al processo della fioritura. Questi elementi comprendono proteine e diverse molecole a RNA, un acido nucleico diverso dal DNA. Queste molecole di RNA possono essere lunghe, dette “longRNA”, o corte, dette “microRNA”, le quali hanno un’azione inibitoria. Questo sistema complesso, finemente evoluto, è alterato dai nuovi stimoli ambientali a cui la pianta è sottoposta.

I diversi stadi di sviluppo della pianta si sono evoluti coordinandosi con le stagioni e i fattori ambientali che le regolano. Se le piante fioriscono troppo presto, si ha il rischio che possano subire una gelata tardiva, portando alla morte i fiori. L’effetto è a cascata: le piante possono avere un minor successo riproduttivo, alterando la resa e la qualità dei semi, e gli animali che si servono dei fiori per la sopravvivenza, quali gli impollinatori, si possono ritrovare senza la propria fonte di sostentamento. Infatti, piante, insetti, uccelli e altri animali selvatici si sono co-evoluti al punto da sincronizzare le loro fasi di sviluppo.

I cambiamenti climatici alterando la temperatura media e la frequenza di alcuni eventi metereologici, influenzano negativamente il periodo di fioritura nella maggior parte delle specie vegetali. Ciò influisce sull'interazione tra le piante e gli impollinatori, modificando i tempi di incontro tra i due interattori, la fragranza, il colore e lo sviluppo degli organi dei fiori, che si ripercuote sul riconoscimento e sull’attrazione dell’impollinatore. La co-evoluzione creata tra pianta e impollinatore viene intaccata e si crea una sorta di “mis-match”, ripercuotendosi sulla qualità della vita e sul successo riproduttivo di entrambi.