Il blog " Effetto Seneca " si occupa molto di crolli e potreste trovarlo un po' catastrofico. Ma sto anche esplorando altri campi con uno stato d'animo più positivo. Uno è il concetto di "olobionte", come le creature viventi si organizzano per formare complessi sistemi adattativi. Ecco un post su questo argomento dal mio blog " The Proud Holobionts ". Una versione precedente di questo post è stata pubblicata su "apocalottimismo"
Il più grande olobionte sulla Terra: foreste secolari
Un "olobionte" è una creatura vivente formata da organismi indipendenti, ma cooperanti. È un concetto ad ampio raggio che può spiegare molte cose non solo sull'ecosistema del nostro pianeta, ma anche sulla società umana, e anche di più. Foto per gentile concessione di Chuck Pezeshky. Questo post è stato modificato e migliorato grazie ai suggerimenti ricevuti da Anastasia Makarieva.
Quando è stata l'ultima volta che avete camminato in una foresta secolare? Vi ricordateil silenzio, la quiete dell'aria, la sensazione di camminare in un luogo sacro? L'interno di una foresta sembra una cattedrale o, forse, è l'interno di una cattedrale che è stato costruito in modo tale da assomigliare a una foresta, con colonne come alberi e volte come baldacchino. Se non avete una foresta o una cattedrale nelle vicinanze, potete provare la stessa sensazione guardando la scena magistrale del Dio della foresta che appare nel film di Miyazaki, " Mononoke no Hime " (La principessa dei fantasmi).
In un certo senso, quando camminiamo tra gli alberi, ci sentiamo a casa, la casa che i nostri remoti antenati hanno lasciato per intraprendere la folle avventura di diventare umani. Eppure, per alcuni umani, gli alberi sono diventati nemici da combattere. E, come è tradizione in tutte le guerre, sono demonizzati e disprezzati. È stato il latifondista inglese Jonah Barrington a commentare la distruzione delle vecchie foreste irlandesi dicendo che "gli alberi sono ceppi forniti dalla natura per il rimborso del debito". E, come è tradizione in tutte le guerre di sterminio, nessun nemico è rimasto in piedi.
La metafora della guerra è radicata nella nostra mente dei primati, gli unici mammiferi che fanno la guerra contro gruppi della loro stessa specie. Tanto che a volte immaginiamo gli alberi che reagiscono. Nella " Trilogia dell'Anello " di Tolkien, vediamo alberi che camminano, gli "ent", in armi contro nemici umanoidi e li sconfiggono. Chiaramente, ci sentiamo in colpa per quello che abbiamo fatto alle foreste della Terra. Un senso di colpa che risale al tempo in cui il re sumero Gilgamesh e il suo amico Enkidu furono maledetti dalla Dea per aver distrutto gli alberi sacri e ucciso il loro guardiano, Humbaba. Da quel tempo remoto, abbiamo continuato a distruggere le foreste della Terra e lo stiamo ancora facendo.
Eppure, se c'è una guerra tra alberi e umani, non è ovvio che gli umani la vinceranno. Gli alberi sono creature complesse, strutturate, adattabili, resistenti e piene di risorse. Nonostante i tentativi umani di distruggerli, sopravvivono e prosperano. I dati più recenti indicano una tendenza all'inverdimento dell'intero pianeta [3], probabilmente il risultato del pompaggio di anidride carbonica (CO2) nell'atmosfera da parte dell'uomo (questo inverdimento non è necessariamente una buona cosa, né per gli alberi né per l'uomo [4], [5]).
Ma cosa sono gli alberi, esattamente? Non hanno sistema nervoso, sangue, muscoli, così come noi non abbiamo la capacità della fotosintesi, né di estrarre minerali dal suolo. Gli alberi sono davvero creature aliene, eppure sono costituiti dagli stessi mattoni che formano i nostri corpi: le loro cellule contengono molecole di DNA e RNA, il loro metabolismo si basa sulla riduzione di una molecola chiamata adenosina trifosfato (ATP) creata dai mitocondri all'interno delle loro cellule, e altro ancora. E, in un certo senso, gli alberi hanno un cervello. L'apparato radicale di una foresta è una rete simile a quella di un cervello umano. È stato definito il "Wood-Wide Web" da Suzanne Simard e altri [1]. Cosa “pensano” gli alberi è una domanda difficile per noi scimmie ma, parafrasando Sir. Thomas Browne [2], che cosa pensano gli alberi, proprio come quale canzone cantarono le Sirene a Ulisse, non è al di là di ogni possibile congettura.
Che gli alberi pensino o meno, hanno le caratteristiche di base di tutti i sistemi viventi complessi: sono olobionti. E' un concetto reso popolare da Lynn Margulis come elemento costitutivo di base dell'ecosfera. Gli olobionti sono gruppi di creature che collaborano tra loro mantenendo le loro caratteristiche individuali. Se state leggendo questo testo, probabilmente siete esseri umani e, come tali, anche degli olobionti. Il vostro corpo ospita un'ampia varietà di creature, per lo più batteri, che ti aiutano in vari compiti, ad esempio nella digestione del cibo. Una foresta è un altro tipo di olobionte, più vasto ma anche più strutturato in termini di creature che collaborano. Gli alberi non potrebbero esistere da soli, hanno bisogno dell'importantissima "simbiosi micorrizica". Ha a che fare con la presenza nel terreno di funghi che collaborano con le radici delle piante per creare un'entità chiamata "rizosfera", l'olobionte che rende possibile l'esistenza di una foresta. I funghi trasformano i minerali che esistono nel terreno e li convertono in forme che le piante possono assorbire. La pianta, a sua volta, fornisce ai funghi energia sotto forma di zuccheri ottenuti dalla fotosintesi.
Quindi, anche se gli alberi sono creature familiari, è sorprendente quante cose sappiamo a malapena su di loro e alcune non siano affatto conosciute. Quindi, esaminiamo alcune domande che svelano mondi completamente nuovi di fronte a noi.
Primo: il legno. Tutti sanno che gli alberi sono fatti di legno, certo, ma perché? Naturalmente il suo scopo è il supporto meccanico dell'intero impianto. Ma non è una domanda banale. Se il legno serve per il supporto meccanico, perché le nostre ossa non sono fatte di legno? E perché gli alberi, invece, non sono fatti della materia di cui sono fatte le nostre ossa, principalmente fosfato solido?
Come al solito, se qualcosa esiste, c'è una ragione per cui esiste. Entro certi limiti, l'evoluzione può prendere strade diverse semplicemente perché ha iniziato a muoversi in una certa direzione e non può tornare indietro. Ma, per come stanno le cose sulla Terra, i tronchi di legno sono perfettamente ottimizzati per il loro scopo di sostenere una creatura che non si muove. I tronchi degli alberi (non le palme, però) crescono in strati concentrici: è risaputo che si può datare un albero contando gli anelli di crescita nel suo tronco. Quando un nuovo livello cresce, gli strati interni muoiono. Diventano solo un supporto per lo strato esterno chiamato “ cambium ” che è la parte viva del tronco, contenente l'importantissimo “ xilema ”, i condotti che portano acqua e sostanze nutritive dalle radici alle foglie. Il cambio contiene anche il "floema ", un altro insieme di condotti che spostano l'acqua carica di zuccheri nella direzione opposta, verso le radici. La parte interna del tronco è morta, quindi non ha alcun costo metabolico per l'albero. Eppure, continua a fornire il supporto statico necessario all'albero.
Lo svantaggio è che, poiché la parte interna del legno è morta, quando si rompe un ramo o un tronco, non si può guarire ricollegando le due parti tra loro. Negli animali, invece, le ossa sono vive: c'è sangue che scorre attraverso di esse. Quindi, possono ricrescere e ricostruire le parti danneggiate. Probabilmente è una caratteristica necessaria per gli animali. Saltano, corrono, volano, cadono, rotolano e fanno più acrobazie, spesso causando ossa rotte. Naturalmente, un osso rotto è un grave pericolo, soprattutto per un grosso animale. Non sappiamo esattamente quanti animali soffrono le ossa rotte e sopravvivono, ma sembra che non sia raro: le ossa vive sono una caratteristica cruciale per la sopravvivenza [6], [7]. Ma non è così importante per gli alberi: non si muovono e lo stress principale che devono affrontare è una forte raffica di vento. Ma gli alberi tendono a proteggersi dal vento stringendosi l'uno contro l'altro, che è, tra l'altro, un'altra caratteristica tipica dell'olobionte: gli alberi si aiutano a vicenda a resistere al vento, ma non perché gli venga ordinato da un albero maestro. È come sono fatti.
Come al solito, se qualcosa esiste, c'è una ragione per cui esiste. Entro certi limiti, l'evoluzione può prendere strade diverse semplicemente perché ha iniziato a muoversi in una certa direzione e non può tornare indietro. Ma, per come stanno le cose sulla Terra, i tronchi di legno sono perfettamente ottimizzati per il loro scopo di sostenere una creatura che non si muove. I tronchi degli alberi (non le palme, però) crescono in strati concentrici: è risaputo che si può datare un albero contando gli anelli di crescita nel suo tronco. Quando un nuovo livello cresce, gli strati interni muoiono. Diventano solo un supporto per lo strato esterno chiamato “ cambium ” che è la parte viva del tronco, contenente l'importantissimo “ xilema ”, i condotti che portano acqua e sostanze nutritive dalle radici alle foglie. Il cambio contiene anche il "floema ", un altro insieme di condotti che spostano l'acqua carica di zuccheri nella direzione opposta, verso le radici. La parte interna del tronco è morta, quindi non ha alcun costo metabolico per l'albero. Eppure, continua a fornire il supporto statico necessario all'albero.
Lo svantaggio è che, poiché la parte interna del legno è morta, quando si rompe un ramo o un tronco, non si può guarire ricollegando le due parti tra loro. Negli animali, invece, le ossa sono vive: c'è sangue che scorre attraverso di esse. Quindi, possono ricrescere e ricostruire le parti danneggiate. Probabilmente è una caratteristica necessaria per gli animali. Saltano, corrono, volano, cadono, rotolano e fanno più acrobazie, spesso causando ossa rotte. Naturalmente, un osso rotto è un grave pericolo, soprattutto per un grosso animale. Non sappiamo esattamente quanti animali soffrono le ossa rotte e sopravvivono, ma sembra che non sia raro: le ossa vive sono una caratteristica cruciale per la sopravvivenza [6], [7]. Ma non è così importante per gli alberi: non si muovono e lo stress principale che devono affrontare è una forte raffica di vento. Ma gli alberi tendono a proteggersi dal vento stringendosi l'uno contro l'altro, che è, tra l'altro, un'altra caratteristica tipica dell'olobionte: gli alberi si aiutano a vicenda a resistere al vento, ma non perché gli venga ordinato da un albero maestro. È come sono fatti.
Questa non è solo l'unica caratteristica che rende il legno buono per gli alberi ma non per gli animali. Un altro è che le ossa, essendo vive, possono crescere con la creatura che sostengono. Possono anche essere cavi, come negli uccelli, e quindi essere leggeri e resistenti allo stesso tempo. Se le nostre ossa fossero di legno, dovremmo portare in giro un grosso peso di legno morto nella parte interna dell'osso. Non è un problema per gli alberi che, invece, traggono vantaggio da un peso maggiore in termini di migliore stabilità. E non devono correre a meno che non siano le creature fantastiche chiamate "ent". Spettacolari, ma Tolkien avrebbe bisogno di eseguire alcune acrobazie biofisiche per spiegare come alcuni alberi della Terra di Mezzo possono camminare velocemente come fanno gli umani.
Quindi, c'è molta logica nel fatto che gli alberi usino il legno come materiale strutturale. Non sono le uniche creature a farlo. Anche i bambù (bambusoideae) sono di legno, ma non sono alberi. Sono una forma di erba apparsa sulla Terra circa 30 milioni di anni fa, quando hanno sviluppato un'innovazione evolutiva che rende il loro "tronco" più leggero, essendo cavo. Quindi, possono sopportare molto più stress degli alberi prima di rompersi e questo ha ispirato molti Filosofi orientali sui vantaggi di piegarsi senza rompersi.Tra gli animali, insetti e artropodi usano un materiale strutturale simile al legno, chiamato "chitina". "Non hanno risolto il problema di come farlo crescere con l'intero organismo, quindi lo usano come un esoscheletro che devono sostituire man mano che crescono.
Ora, passiamo a un'altra domanda sugli alberi. Come funziona il loro metabolismo? Si sa che gli alberi creano il loro cibo, i carboidrati (zucchero), tramite la fotosintesi, un processo alimentato dalla luce solare che funziona combinando molecole di acqua e di biossido di carbonio. Un problema è che la luce solare arriva dall'alto, mentre gli alberi estraggono l'acqua dal terreno. Quindi, come riescono a pompare l'acqua fino alle foglie?
Noi animali abbiamo familiarità con il modo in cui l'acqua (in realtà, il sangue) viene pompata all'interno dei nostri corpi. È fatto da un organo chiamato "cuore", fondamentalmente una "pompa volumetrica" alimentata dai muscoli. I cuori sono macchine meravigliose, ma costose in termini di energia di cui hanno bisogno e, sfortunatamente, soggette a guastarsi con l'avanzare dell'età. Ma gli alberi, come tutti sappiamo, non hanno muscoli né parti mobili. Non c'è "cuore" da nessuna parte all'interno di un albero. Perché solo il metabolismo febbrile degli animali può permettersi di usare tanta energia quanta ne viene usata nei cuori. Gli alberi sono più lenti e più intelligenti (e vivono molto più a lungo). Usano pochissima energia per pompare l'acqua sfruttando le forze capillari e le piccole differenze di pressione nel loro ambiente.
Che gli alberi possano crescere così alti è un piccolo miracolo che ancora oggi non siamo sicuri di aver capito del tutto. La teoria generalmente accettata su come l'acqua può essere pompata a tali altezze è chiamata "teoria della coesione-tensione" [8]. In breve, l'acqua si comporta, entro certi limiti, come un solido nella parte viva di un tronco d'albero, lo “ xilema". I condotti non contengono aria e l'acqua viene tirata su da un meccanismo che coinvolge ogni molecola per tirare tutte le molecole vicine. La storia è complicata e non si sa tutto al riguardo. Il punto è che gli alberi riescono a pompare acqua ad altezze fino a circa 100 metri e anche di più. C'è un albero di sequoia (Sequoia sempervirens), in California, che raggiunge un'altezza di 380 piedi (116 m). È un albero così eccezionale, che ha un nome specifico "Hyperion".
Tuttavia, alcune opere di narrativa immaginano alberi così enormi che gli esseri umani possono costruire intere città all'interno o attorno al tronco. Il primo potrebbe essere stato Edgar Rice Burroughs, noto per i suoi romanzi di Tarzan. In una serie ambientata sul pianeta Venere, nel 1932, immaginò alberi così grandi che un'intera civiltà si era rifugiata in essi. Solo un paio d'anni dopo, Alex Raymond ha creato il personaggio del principe Barin di Arboria per la sua serie " Flash Gordon ". Arboria, come dice il nome, è una regione boscosa e, ancora una volta, gli alberi sono così grandi che le persone possono viverci dentro. Più recentemente, possiamo ricordare i giganteschi "hometree" dei Na'vi del pianeta Pandora nel film "Avatar" (2009). Nel mondo reale, alcune persone costruiscono le loro case sugli alberi - sembra essere popolare in California. Questi alloggi devono essere angusti, per non parlare dei problemi con la stabilità statica dell'intero aggeggio. Ma, a quanto pare, una parte della nostra sfera fantastica sogna ancora i tempi in cui i nostri remoti antenati vivevano sugli alberi.
Ma perché gli alberi fanno un tale sforzo per diventare alti? Se l'idea è quella di raccogliere la luce solare, che è l'attività in cui sono impegnate tutte le piante, ce n'è tanta a livello del suolo quanta ce n'è a 100 metri di altezza. Richard Dawkins era perplesso su questo punto nel suo libro " The Greatest Show on Earth " (2009), dove ha detto:
Ciò non significa che gli alberi non competano con altri alberi o altri tipi di piante. Lo fanno, certamente. È tipico di una foresta soprattutto dopo che un'area è stata danneggiata, ad esempio da un incendio. In quella zona, vedi prima crescere le piante che crescono più velocemente, tipicamente erbe. Quindi, vengono sostituiti da arbusti e infine da alberi. Il meccanismo è generato dall'ombreggiatura delle specie più basse creata da quelle più alte. È un processo chiamato "ricolonizzazione" che può richiedere decenni, o addirittura secoli, prima che la zona bruciata diventi indistinguibile dal resto della foresta.
Questi sono processi dinamici: gli incendi sono parte integrante dell'ecosistema, non dei disastri. Alcuni alberi, come gli eucalipti australiani e le palme africane, sembrano essersi evoluti con lo scopo specifico di bruciare il più velocemente possibile e diffondere fiamme e scintille intorno. Avete notato come le palme siano "pelose"? Sono progettate in modo tale da prendere fuoco facilmente. Tanto che può essere pericoloso potare una palma usando una motosega mentre ci si arrampica. Una scintilla del motore può dare fuoco ai filamenti di legno secco e ciò può essere molto dannoso per la persona legata al tronco. Non è che le palme abbiano sviluppato questa caratteristica per difendersi dalle scimmie armate di motosega, ma sono piante a crescita rapida che possono trarre vantaggio dal modo in cui un fuoco ripulisce una fetta di terreno, permettendo loro di ricolonizzarlo più velocemente di altre specie. Notate come le palme si comportano come kamikaze: singole piante si sacrificano per la sopravvivenza del loro seme. È un'altra caratteristica degli olobionti. Alcuni primati fanno lo stesso, ma è raro.
Altri tipi di alberi adottano l'approccio opposto. Ottimizzano le loro possibilità di sopravvivenza quando sono esposti al fuoco per mezzo della loro spessa corteccia. Il pino giallo ( Pinus ponderosa) è un esempio di pianta che adotta questa strategia. Poi ci sono altri trucchi: vi siete mai chiesti perché alcune pigne sono così appiccicose e resinose? L'idea è che la resina incolla il cono su un ramo o sulla corteccia dell'albero e mantiene i semi all'interno. Se un fuoco brucia l'albero, la resina si scioglie e i semi all'interno vengono lasciati liberi di germogliare. Ulteriori prove che gli incendi non sono un difetto ma una caratteristica del sistema.
Alla fine, una foresta, come abbiamo visto, è un tipico olobionte. Gli olobionti non si evolvono attraverso la lotta per la sopravvivenza che alcune interpretazioni della teoria di Darwin avevano immaginato essere la regola nell'ecosistema. Gli olobionti possono essere spietati quando è necessario eliminare gli inadatti, ma mirano a una convivenza amichevole delle creature che sono fanno quello che devono fare.
Notate un'altra caratteristica olobiontica degli alberi nelle foreste: immagazzinano pochissima acqua, individualmente. Si basano quasi totalmente sull'effetto collettivo del pompaggio biotico per l'acqua di cui hanno bisogno: questo perché sono buoni olobionti! Non tutti gli alberi sono strutturati in questo modo. Un esempio diverso è il baobab africano, che ha un tipico tronco a botte, dove immagazzina l'acqua più o meno allo stesso modo delle piante succulente (cactus). Ma i baobab sono alberi solitari,
[1] S. W. Simard, D. A. Perry, M. D. Jones, D. D. Myrold, D. M. Durall, and R. Molina, “Net transfer of carbon between ectomycorrhizal tree species in the field,” Nature, vol. 388, no. 6642, pp. 579–582, Aug. 1997, doi: 10.1038/41557.
[2] T. Browne, “Hydriotaphia,” in Sir Thomas Browne’s works, volume 3 (1835), S. Wilkin, Ed. W. Pickering, 1835.
[3] Shilong Piao et al., “Characteristics, drivers and feedbacks of global greening,” | Nature Reviews Earth & Environment, vol. 1, pp. 14–27.
[4] D. Reay, Nitrogen and Climate Change: An Explosive Story. Palgrave Macmillan UK, 2015. doi: 10.1057/9781137286963.
[5] A. Sneed, “Ask the Experts: Does Rising CO2 Benefit Plants?,” Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/ask-the-experts-does-rising-co2-benefit-plants1/ (accessed Jun. 23, 2021).
[6] S. Hoffman, “Ape Fracture Patterns Show Higher Incidence in More Arboreal Species,” Discussions, vol. 8, no. 2, 2012, Accessed: Jun. 26, 2021. [Online]. Available: http://www.inquiriesjournal.com/articles/799/ape-fracture-patterns-show-higher-incidence-in-more-arboreal-species
[7] C. Bulstrode, J. King, and B. Roper, “What happens to wild animals with broken bones?,” Lancet, vol. 1, no. 8471, pp. 29–31, Jan. 1986, doi: 10.1016/s0140-6736(86)91905-7.
[8] Pi. Cruiziat, “Plant Physiology and Development, Sixth Edition,” in Plant Physiology and Development, Oxfprd University Press, 2006. Accessed: Jun. 24, 2021. [Online]. Available: http://6e.plantphys.net/essay04.03.html
[9] L. J. Williams, A. Paquette, J. Cavender-Bares, C. Messier, and P. B. Reich, “Spatial complementarity in tree crowns explains overyielding in species mixtures,” Nat Ecol Evol, vol. 1, no. 4, pp. 1–7, Mar. 2017, doi: 10.1038/s41559-016-0063.
[10] S. Kothari, R. A. Montgomery, and J. Cavender-Bares, “Physiological responses to light explain competition and facilitation in a tree diversity experiment,” Journal of Ecology, vol. 109, no. 5, pp. 2000–2018, 2021, doi: 10.1111/1365-2745.13637.
[11] Gorshkov, V.G and Makarieva, A.M., “Biotic pump of atmospheric moisture as driver of the hydrological cycle on land,” Hydrology and Earth System Sciences Discussions, vol. 3, pp. 2621–2673, 2006.
[12] V. G. Gorshkov, A. Mikhaĭlovna. Makarʹeva, and V. V. Gorshkov, Biotic regulation of the environment : key issue of global change. Springer-Verlag, 2000. Accessed: Sep. 24, 2017. [Online]. Available: http://www.springer.com/it/book/9781852331818
[13] R. Alkama and A. Cescatti, “Biophysical climate impacts of recent changes in global forest cover,” Science, vol. 351, no. 6273, pp. 600–604, Feb. 2016, doi: 10.1126/science.aac8083.
[14] F. Pearce, “A controversial Russian theory claims forests don’t just make rain—they make wind,” Science | AAAS, Jun. 18, 2020. https://www.sciencemag.org/news/2020/06/controversial-russian-theory-claims-forests-don-t-just-make-rain-they-make-wind (accessed Jun. 25, 2021).
Quindi, c'è molta logica nel fatto che gli alberi usino il legno come materiale strutturale. Non sono le uniche creature a farlo. Anche i bambù (bambusoideae) sono di legno, ma non sono alberi. Sono una forma di erba apparsa sulla Terra circa 30 milioni di anni fa, quando hanno sviluppato un'innovazione evolutiva che rende il loro "tronco" più leggero, essendo cavo. Quindi, possono sopportare molto più stress degli alberi prima di rompersi e questo ha ispirato molti Filosofi orientali sui vantaggi di piegarsi senza rompersi.Tra gli animali, insetti e artropodi usano un materiale strutturale simile al legno, chiamato "chitina". "Non hanno risolto il problema di come farlo crescere con l'intero organismo, quindi lo usano come un esoscheletro che devono sostituire man mano che crescono.
Ora, passiamo a un'altra domanda sugli alberi. Come funziona il loro metabolismo? Si sa che gli alberi creano il loro cibo, i carboidrati (zucchero), tramite la fotosintesi, un processo alimentato dalla luce solare che funziona combinando molecole di acqua e di biossido di carbonio. Un problema è che la luce solare arriva dall'alto, mentre gli alberi estraggono l'acqua dal terreno. Quindi, come riescono a pompare l'acqua fino alle foglie?
Noi animali abbiamo familiarità con il modo in cui l'acqua (in realtà, il sangue) viene pompata all'interno dei nostri corpi. È fatto da un organo chiamato "cuore", fondamentalmente una "pompa volumetrica" alimentata dai muscoli. I cuori sono macchine meravigliose, ma costose in termini di energia di cui hanno bisogno e, sfortunatamente, soggette a guastarsi con l'avanzare dell'età. Ma gli alberi, come tutti sappiamo, non hanno muscoli né parti mobili. Non c'è "cuore" da nessuna parte all'interno di un albero. Perché solo il metabolismo febbrile degli animali può permettersi di usare tanta energia quanta ne viene usata nei cuori. Gli alberi sono più lenti e più intelligenti (e vivono molto più a lungo). Usano pochissima energia per pompare l'acqua sfruttando le forze capillari e le piccole differenze di pressione nel loro ambiente.
"Forze capillari" significa sfruttare le forze di interfaccia che compaiono quando l'acqua scorre attraverso condotti stretti. Lo sfrutti ogni volta che usi un tovagliolo di carta per assorbire l'acqua versata. Non accade nei dotti artificiali, né nei grandi vasi sanguigni di un corpo animale. Ma è una caratteristica fondamentale nel movimento dei fluidi nelle piante senza cuore (non nel senso cattivo del termine). Ma le forze capillari non sono sufficienti. È necessaria anche una differenza di pressione per tirare l'acqua abbastanza in alto da raggiungere la chioma dell'albero. Si può ottenere facendo evaporare l'acqua sulla superficie delle foglie. L'acqua che va via come vapore acqueo crea una piccola differenza di pressione che può attirare più acqua dal basso. Questa è chiamata "pompa di aspirazione". Lo sperimentiamo ogni volta che usiamo una cannuccia per bere da un bicchiere.
Ora, c'è un grosso problema con le pompe di aspirazione. Se avete studiato fisica elementare a scuola, avete imparato che non si può usare una pompa aspirante per tirare acqua a un'altezza di più di 10 metri perché il peso della colonna d'acqua non può superare la spinta atmosferica. In altre parole, non potremmo bere una Coca Cola coca usando una cannuccia più lunga di 10 metri. Probabilmente nessuno di noi ha mai fatto l'esperimento, ma sappiamo che non funzionerebbe. Ma gli alberi sono molto più alti di dieci metri. Bata visitare il parco più vicino per trovare alberi molto più alti di così.
Gli alberi potrebbero crescere ancora più in alto? Apparentemente no, almeno non su questo pianeta. Non siamo sicuri di quale sia il principale fattore limitante. È possibile che il meccanismo di pompaggio che porta l'acqua alle foglie smetta di funzionare oltre una certa altezza. Oppure potrebbe essere il problema opposto: il floema non riesce a trasportare i carboidrati fino alle radici. O, forse, ci sono limiti meccanici alle dimensioni del tronco che possono sostenere una chioma abbastanza grande da nutrire l'intero albero.
Ma perché gli alberi fanno un tale sforzo per diventare alti? Se l'idea è quella di raccogliere la luce solare, che è l'attività in cui sono impegnate tutte le piante, ce n'è tanta a livello del suolo quanta ce n'è a 100 metri di altezza. Richard Dawkins era perplesso su questo punto nel suo libro " The Greatest Show on Earth " (2009), dove ha detto:
“Guarda un unico albero alto che si erge fiero in mezzo a un'area aperta. Perché è così alto? Non per non essere più vicino al sole! Quel lungo tronco poteva essere accorciato fino a che la chioma dell'albero non fosse sparpagliata sul terreno, senza alcuna perdita di fotoni e un enorme risparmio sui costi. Allora perché spendere tutta quella energia per spingere la chioma dell'albero verso il cielo? La risposta ci sfugge finché non ci rendiamo conto che l'habitat naturale di un tale albero è una foresta. Gli alberi sono alti per superare gli alberi rivali - della stessa specie e di altre specie. ... Un esempio familiare è un accordo suggerito per sedersi, piuttosto che stare in piedi, quando si guarda uno spettacolo come una corsa di cavalli. Se tutti si sedessero, le persone alte avrebbero comunque una visuale migliore rispetto alle persone basse, proprio come farebbero se tutti si alzassero, ma con il vantaggio che stare seduti è più comodo per tutti. I problemi iniziano quando una persona bassa seduta dietro una persona alta sta in piedi, per avere una visuale migliore. Immediatamente, la persona seduta dietro di lui si alza, in modo da vedere qualcosa. Un'ondata di persone che si alzano percorre la platea, finché tutti sono in piedi. Alla fine, tutti stanno peggio di come sarebbero se fossero rimasti tutti seduti".Dawkins è un pensatore acuto, ma a volte prende la strada sbagliata. Qui ragiona come un primate, in realtà un primate maschio (non sorprende, perché è quello che è). L'idea che gli alberi “ competono con alberi rivali – della stessa specie e di altre specie" semplicemente non funziona. Gli alberi possono essere maschi e femmine, anche se in modi che i primati troverebbero strani, ad esempio con organi maschili e femminili sulla stessa pianta. Ma gli alberi maschi non combattono per gli alberi femminili, come fanno i primati maschi con i primati femmine. Un albero non avrebbe alcun vantaggio nell'uccidere i suoi vicini oscurandoli - ciò non fornirebbe a "lui" o "lei" più cibo o più partner sessuali. Uccidere i vicini forse permetterebbe a un albero di di diventare un po' più grande, ma, in cambio, sarebbe più esposto alle raffiche di vento che potrebbero farlo cadere. Nel mondo reale, gli alberi si proteggono a vicenda rimanendo uniti ed evitando il pieno impatto delle raffiche di vento.
Non sempre funziona e se il vento riesce a far cadere alcuni alberi, potrebbe verificarsi un effetto domino e un'intera foresta potrebbe essere abbattuta. Nel 2018, circa 14 milioni di alberi sono stati distrutti nel Nord Italia da forti tempeste. Il disastro è stato probabilmente il risultato di più di una singola causa: il riscaldamento globale ha creato venti di una forza sconosciuta in passato. Ma è anche vero che la maggior parte dei boschi distrutti erano monocolture di abete rosso, piantagioni destinate alla produzione del legno. Nel mondo naturale, le foreste non sono fatte di alberi identici, distanziati l'uno dall'altro come soldati in parata. Sono un mix di specie diverse, alcune più alte, altre meno alte. L'interazione tra le diverse specie di alberi dipende da una serie di fattori differenti e vi è evidenza di complementarità tra le diverse specie di alberi in una foresta mista [9], [10]. La disponibilità di luce solare diretta non è l'unico parametro che influenza la crescita degli alberi e le chiome miste sembrano adattarsi meglio alle condizioni variabili.
Come ulteriore vantaggio dell'essere alto, una fitta chioma che si erge in alto protegge il terreno dai raggi solari ed evita l'evaporazione dell'umidità dal suolo, conservando l'acqua per gli alberi. Quando il sole rende la chioma più calda del suolo, il risultato è che l'aria diventa più calda più in alto, tecnicamente si parla di "lapse rate negativo" [11]. Poiché l'aria fredda è al di sotto dell'aria calda, la convezione è molto ridotta, l'aria rimane ferma e l'acqua rimane nel terreno. Se non vi è del tutto chiaro, provate questo esperimento: in una giornata calda, se possibile torrida, mettitevi al sole mentre indossate un cappello invernale di lana spessa per diversi minuti. Poi indossate un sombrero. Confrontate gli effetti.
Quindi, vedete che avere una chioma ben separata dal suolo è un altro effetto collettivo generato dagli alberi che formano una foresta. Non aiuta molto i singoli alberi, ma aiuta la foresta a conservare l'acqua generando qualcosa che potremmo chiamare un "olobionte delle ombre". Ogni albero aiuta gli altri ombreggiando una frazione del terreno, sotto. E questo crea, per inciso, l'"effetto cattedrale" che sperimentiamo quando camminiamo attraverso una foresta. Ancora una volta, vediamo che questo punto è sfuggito a Dawkins quando ha detto che " Quel lungo tronco potrebbe essere accorciato fino a quando la chioma dell'albero non è stata appoggiata al terreno , senza perdita di fotoni ed enormi risparmi sui costi". Un'altra conferma di quanto sia difficile per i primati pensare come gli alberi.
Ciò non significa che gli alberi non competano con altri alberi o altri tipi di piante. Lo fanno, certamente. È tipico di una foresta soprattutto dopo che un'area è stata danneggiata, ad esempio da un incendio. In quella zona, vedi prima crescere le piante che crescono più velocemente, tipicamente erbe. Quindi, vengono sostituiti da arbusti e infine da alberi. Il meccanismo è generato dall'ombreggiatura delle specie più basse creata da quelle più alte. È un processo chiamato "ricolonizzazione" che può richiedere decenni, o addirittura secoli, prima che la zona bruciata diventi indistinguibile dal resto della foresta.
Questi sono processi dinamici: gli incendi sono parte integrante dell'ecosistema, non dei disastri. Alcuni alberi, come gli eucalipti australiani e le palme africane, sembrano essersi evoluti con lo scopo specifico di bruciare il più velocemente possibile e diffondere fiamme e scintille intorno. Avete notato come le palme siano "pelose"? Sono progettate in modo tale da prendere fuoco facilmente. Tanto che può essere pericoloso potare una palma usando una motosega mentre ci si arrampica. Una scintilla del motore può dare fuoco ai filamenti di legno secco e ciò può essere molto dannoso per la persona legata al tronco. Non è che le palme abbiano sviluppato questa caratteristica per difendersi dalle scimmie armate di motosega, ma sono piante a crescita rapida che possono trarre vantaggio dal modo in cui un fuoco ripulisce una fetta di terreno, permettendo loro di ricolonizzarlo più velocemente di altre specie. Notate come le palme si comportano come kamikaze: singole piante si sacrificano per la sopravvivenza del loro seme. È un'altra caratteristica degli olobionti. Alcuni primati fanno lo stesso, ma è raro.
Altri tipi di alberi adottano l'approccio opposto. Ottimizzano le loro possibilità di sopravvivenza quando sono esposti al fuoco per mezzo della loro spessa corteccia. Il pino giallo ( Pinus ponderosa) è un esempio di pianta che adotta questa strategia. Poi ci sono altri trucchi: vi siete mai chiesti perché alcune pigne sono così appiccicose e resinose? L'idea è che la resina incolla il cono su un ramo o sulla corteccia dell'albero e mantiene i semi all'interno. Se un fuoco brucia l'albero, la resina si scioglie e i semi all'interno vengono lasciati liberi di germogliare. Ulteriori prove che gli incendi non sono un difetto ma una caratteristica del sistema.
Alla fine, una foresta, come abbiamo visto, è un tipico olobionte. Gli olobionti non si evolvono attraverso la lotta per la sopravvivenza che alcune interpretazioni della teoria di Darwin avevano immaginato essere la regola nell'ecosistema. Gli olobionti possono essere spietati quando è necessario eliminare gli inadatti, ma mirano a una convivenza amichevole delle creature che sono fanno quello che devono fare.
La caratteristica di "olobionti" delle foreste è meglio evidenziata dal concetto di "pompa biotica", un esempio di come gli organismi traggano beneficio dall'olobionte di cui fanno parte senza la necessità di gerarchie e pianificazione.
Il concetto di pompa biotica [11] è stato proposto da Viktor Gorshkov, Anastasia Makarieva e altri, come parte del più ampio concetto di regolazione biotica [12]. È una sintesi profonda di come funziona l'ecosfera: ne sottolinea il potere regolatore che impedisce all'ecosistema di allontanarsi dalle condizioni che rendono possibile l'esistenza della vita biologica. Da questo lavoro nasce l'idea che lo squilibrio ecosistemico che chiamiamo "cambiamento climatico" sia causato solo in parte dalle emissioni di CO2. Un altro fattore importante è la deforestazione in corso.
Il concetto di pompa biotica [11] è stato proposto da Viktor Gorshkov, Anastasia Makarieva e altri, come parte del più ampio concetto di regolazione biotica [12]. È una sintesi profonda di come funziona l'ecosfera: ne sottolinea il potere regolatore che impedisce all'ecosistema di allontanarsi dalle condizioni che rendono possibile l'esistenza della vita biologica. Da questo lavoro nasce l'idea che lo squilibrio ecosistemico che chiamiamo "cambiamento climatico" sia causato solo in parte dalle emissioni di CO2. Un altro fattore importante è la deforestazione in corso.
Questa è, ovviamente, una posizione controversa. L'opinione generale tra i climatologi occidentali è che la coltivazione di una foresta abbia un effetto rinfrescante perché rimuove un po' di CO2 dall'atmosfera. Ma, una volta che una foresta ha raggiunto il suo stato stabile, ha un effetto riscaldante sul clima terrestre perché la sua albedo (la luce riflessa nello spazio) è inferiore a quella del suolo nudo. Ma esistono studi [13] che mostrano come le foreste raffreddano la Terra non solo sequestrando il carbonio sotto forma di biomassa ma anche a causa di un effetto biofisico legato all'evapotraspirazione. L'acqua evapora a bassa quota dalle foglie, provocando il raffreddamento. Restituisce il calore quando condensa sotto forma di nuvole, ma le emissioni di calore ad alta quota si disperdono più facilmente verso lo spazio perché il principale gas serra, l'acqua, esiste in concentrazioni molto piccole. Può essere un effetto minore rispetto a quello dell'albedo, ma è un punto non molto ben quantificato.
Il concetto di pompa biotica afferma che le foreste agiscono come "sistemi di pompaggio planetari", trasportando l'acqua dall'atmosfera sopra gli oceani fino a migliaia di chilometri nell'entroterra. È il meccanismo che genera i “fiumi atmosferici” che forniscono acqua a terre lontane dai mari [14]. Il meccanismo della pompa biotica dipende da fattori quantitativi ancora poco conosciuti. Ma sembra che l'acqua traspirata dagli alberi si condensi sopra la volta della foresta e il passaggio di fase da gas a liquido generi una caduta di pressione. Questa caduta aspira l'aria dall'ambiente circostante, fino all'aria umida sopra il mare. Questo meccanismo è ciò che consente alle aree interne dei continenti di ricevere pioggia sufficiente per essere ricoperta di foreste. Non funziona ovunque, in Nord Africa, per esempio, non ci sono foreste che portano l'acqua nell'entroterra, e il risultato è la regione desertica che chiamiamo Sahara. Ma la pompa biotica opera in Eurasia settentrionale, Africa centrale, India, Indonesia, Sud e Nord America.
Il concetto di pompa biotica è un esempio particolarmente chiaro di come operano gli olobionti. I singoli alberi non fanno evaporare l'acqua nell'aria perché in qualche modo "sanno" che questa evaporazione andrà a beneficio degli altri alberi. Lo fanno perché hanno bisogno di generare la differenza di pressione di cui hanno bisogno per estrarre acqua e sostanze nutritive dalle loro radici. In un certo senso l'evapotraspirazione è un processo inefficiente perché, dal punto di vista di un singolo albero, molta acqua (forse più del 95%) viene "sprecata" sotto forma di vapore acqueo e non utilizzata per la fotosintesi. Ma, dal punto di vista di un bosco, l'inefficienza dei singoli alberi è ciò che genera quella spinta di umidità del mare che permette alla foresta di sopravvivere. Senza la pompa biotica, la foresta finirebbe rapidamente l'acqua e morirebbe.
Il concetto di pompa biotica afferma che le foreste agiscono come "sistemi di pompaggio planetari", trasportando l'acqua dall'atmosfera sopra gli oceani fino a migliaia di chilometri nell'entroterra. È il meccanismo che genera i “fiumi atmosferici” che forniscono acqua a terre lontane dai mari [14]. Il meccanismo della pompa biotica dipende da fattori quantitativi ancora poco conosciuti. Ma sembra che l'acqua traspirata dagli alberi si condensi sopra la volta della foresta e il passaggio di fase da gas a liquido generi una caduta di pressione. Questa caduta aspira l'aria dall'ambiente circostante, fino all'aria umida sopra il mare. Questo meccanismo è ciò che consente alle aree interne dei continenti di ricevere pioggia sufficiente per essere ricoperta di foreste. Non funziona ovunque, in Nord Africa, per esempio, non ci sono foreste che portano l'acqua nell'entroterra, e il risultato è la regione desertica che chiamiamo Sahara. Ma la pompa biotica opera in Eurasia settentrionale, Africa centrale, India, Indonesia, Sud e Nord America.
Il concetto di pompa biotica è un esempio particolarmente chiaro di come operano gli olobionti. I singoli alberi non fanno evaporare l'acqua nell'aria perché in qualche modo "sanno" che questa evaporazione andrà a beneficio degli altri alberi. Lo fanno perché hanno bisogno di generare la differenza di pressione di cui hanno bisogno per estrarre acqua e sostanze nutritive dalle loro radici. In un certo senso l'evapotraspirazione è un processo inefficiente perché, dal punto di vista di un singolo albero, molta acqua (forse più del 95%) viene "sprecata" sotto forma di vapore acqueo e non utilizzata per la fotosintesi. Ma, dal punto di vista di un bosco, l'inefficienza dei singoli alberi è ciò che genera quella spinta di umidità del mare che permette alla foresta di sopravvivere. Senza la pompa biotica, la foresta finirebbe rapidamente l'acqua e morirebbe.
Per inciso, l'evapotraspirazione è uno dei pochi punti che gli alberi hanno in comune con i primati chiamati "homo sapiens". Anche i sapiens "evapotranspirano" molta acqua dalla loro pelle - si chiama "sudorazione". Ma il metabolismo dei primati è completamente diverso: gli alberi sono eterotermici, cioè la loro temperatura segue quella del loro ambiente. I primati, invece, sono omeotermici e controllano la loro temperatura con vari meccanismi, tra cui la sudorazione. Ma questo non crea una pompa biotica!
Il concetto di "pompa biotica" generato dall'olobionte forestale è cruciale quello correlato di "regolazione biotica", [12] l'idea che l'intero ecosistema sia strettamente regolato dagli organismi che lo abitano. La selezione naturale ha funzionato a livello di olobionte per favorire quelle foreste che funzionavano in modo più efficiente come pompe biotiche. Piante diverse dagli alberi, e anche animali, beneficiano dei fiumi d'acqua generati dalla foresta anche se potrebbero non evotraspirare nulla. Sono altri elementi dell'olobionte forestale, un'entità incredibilmente complessa dove non necessariamente tutto è ottimizzato, ma dove, nel complesso, le cose si muovono in concerto.
È una storia che noi scimmie abbiamo difficoltà a capire: con la massima buona volontà, è difficile per noi pensare come alberi. Probabilmente, è vero anche il contrario e il comportamento delle scimmie deve essere difficile da capire per la rete cerebrale del sistema di radici degli alberi della foresta. Non importa, siamo tutti olobionti e parte dello stesso olobionte. Alla fine, il grande olobionte terrestre che chiamiamo "foreste" si fonde nel più vasto ecosistema planetario che include tutti i biomi, dal mare alla terraferma. Sono i grandi olobionti che chiamiamo "Gaia".
Riferimenti
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[1] S. W. Simard, D. A. Perry, M. D. Jones, D. D. Myrold, D. M. Durall, and R. Molina, “Net transfer of carbon between ectomycorrhizal tree species in the field,” Nature, vol. 388, no. 6642, pp. 579–582, Aug. 1997, doi: 10.1038/41557.
[2] T. Browne, “Hydriotaphia,” in Sir Thomas Browne’s works, volume 3 (1835), S. Wilkin, Ed. W. Pickering, 1835.
[3] Shilong Piao et al., “Characteristics, drivers and feedbacks of global greening,” | Nature Reviews Earth & Environment, vol. 1, pp. 14–27.
[4] D. Reay, Nitrogen and Climate Change: An Explosive Story. Palgrave Macmillan UK, 2015. doi: 10.1057/9781137286963.
[5] A. Sneed, “Ask the Experts: Does Rising CO2 Benefit Plants?,” Scientific American. https://www.scientificamerican.com/article/ask-the-experts-does-rising-co2-benefit-plants1/ (accessed Jun. 23, 2021).
[6] S. Hoffman, “Ape Fracture Patterns Show Higher Incidence in More Arboreal Species,” Discussions, vol. 8, no. 2, 2012, Accessed: Jun. 26, 2021. [Online]. Available: http://www.inquiriesjournal.com/articles/799/ape-fracture-patterns-show-higher-incidence-in-more-arboreal-species
[7] C. Bulstrode, J. King, and B. Roper, “What happens to wild animals with broken bones?,” Lancet, vol. 1, no. 8471, pp. 29–31, Jan. 1986, doi: 10.1016/s0140-6736(86)91905-7.
[8] Pi. Cruiziat, “Plant Physiology and Development, Sixth Edition,” in Plant Physiology and Development, Oxfprd University Press, 2006. Accessed: Jun. 24, 2021. [Online]. Available: http://6e.plantphys.net/essay04.03.html
[9] L. J. Williams, A. Paquette, J. Cavender-Bares, C. Messier, and P. B. Reich, “Spatial complementarity in tree crowns explains overyielding in species mixtures,” Nat Ecol Evol, vol. 1, no. 4, pp. 1–7, Mar. 2017, doi: 10.1038/s41559-016-0063.
[10] S. Kothari, R. A. Montgomery, and J. Cavender-Bares, “Physiological responses to light explain competition and facilitation in a tree diversity experiment,” Journal of Ecology, vol. 109, no. 5, pp. 2000–2018, 2021, doi: 10.1111/1365-2745.13637.
[11] Gorshkov, V.G and Makarieva, A.M., “Biotic pump of atmospheric moisture as driver of the hydrological cycle on land,” Hydrology and Earth System Sciences Discussions, vol. 3, pp. 2621–2673, 2006.
[12] V. G. Gorshkov, A. Mikhaĭlovna. Makarʹeva, and V. V. Gorshkov, Biotic regulation of the environment : key issue of global change. Springer-Verlag, 2000. Accessed: Sep. 24, 2017. [Online]. Available: http://www.springer.com/it/book/9781852331818
[13] R. Alkama and A. Cescatti, “Biophysical climate impacts of recent changes in global forest cover,” Science, vol. 351, no. 6273, pp. 600–604, Feb. 2016, doi: 10.1126/science.aac8083.
[14] F. Pearce, “A controversial Russian theory claims forests don’t just make rain—they make wind,” Science | AAAS, Jun. 18, 2020. https://www.sciencemag.org/news/2020/06/controversial-russian-theory-claims-forests-don-t-just-make-rain-they-make-wind (accessed Jun. 25, 2021).