Gradualità e coevoluzione per le radici delle piante terrestri?

Gli apici radicolari più antichi finora scoperti sarebbero privi di cuffia e di stomi: rappresenterebbero il modello sul quale si è evoluta la radice delle piante esistenti, in modo graduale e attraverso almeno due fenomeni evolutivi indipendenti


L’analisi dei più antichi apici radicolari finora scoperti, appartenenti al giacimento di Rhynie chert, in Scozia, risalenti al periodo Devoniano (circa 407 milioni di anni fa), non mostrerebbero presenza né di cuffia né di stomi e indentificherebbero queste radici come progenitrici di quelle delle piante terrestri attualmente viventi. A sostenerlo, una lettera pubblicata su Nature da Alexander Hetherington e Liam Dolan dell’Università di Oxford.

 

I ricercatori sono partiti dall’estrema scarsità di informazioni relative all’evoluzione dell’apparato radicale, dovuta all’incompletezza della documentazione fossile finora rinvenuta. Per provare a gettare luce sull’evoluzione di questo organo, hanno analizzato 641 sezioni sottili della documentazione fossile di Rhynie chert, dalla quale hanno estratto 5 campioni fossili con apici radicolari completi. A questo punto, i due ricercatori hanno dovuto innanzitutto accertarsi a quale specie appartenessero questi apici, attribuendoli a Asteroxylon mackiei, una pianta estinta appartenente al gruppo delle Lycopodiophyte, il secondo grande gruppo delle piante con tracheidi, sulla base di due evidenze: i cinque frammenti mostravano tutti A. mackiei come unica pianta presente in ciascuno dei frammenti considerati; oltre a questo, l’analisi delle tracheidi presenti nel meristema delle radici era chiaramente attribuibile a questa specie.

 

Ma quali caratteristiche presentano le radici di questa specie estinta? La differenza più evidente rispetto alle radici delle piante attualmente viventi è l’assenza della cuffia a livello apicale, ossia il tessuto che protegge più esternamente la radice dalle asperità del terreno e che contribuisce al suo orientamento. Oltre a questo, gli apici radicali di A. mackiei non presentano stomi. Confrontandole con l’orientamento degli strati sedimentari, i ricercatori hanno trovato inoltre come questi fossili mostrino una crescita geotropica (ossia orientata in senso gravitazionale, verso il basso) e una ramificazione della radice di tipo ritmico, ossia per flussi di crescita. Un’analisi attenta della distribuzione cellulare mostra uno strato di epidermide lungo tutta la superfice dell’apice radicale.

A questo punto lo studio si focalizza sulla caratteristica più importante di queste radici, l’assenza della cuffia. Innanzitutto i ricercatori si sono chiesti se le cuffie non fossero degradate nel materiale depositato ai margini degli apici radicali, ma hanno scartato questa ipotesi quando hanno osservato il deposito indiscriminato di questi residui anche attorno a germogli ed altri resti fossili non radicali presenti in altri reperti della collezione di Rhynie chert. L’ipotesi successiva messa al vaglio è che la cuffia fosse assente per mancanza di crescita radicale: non dividendosi le cellule del meristema, il tessuto le cui cellule sono in costante divisione e che permettono il rinnovamento e l’allungamento dell’apparato radicale, non dovrebbe formarsi nemmeno la cuffia. Tuttavia, spiegano i ricercatori, un’analisi attenta della distribuzione cellulare mostra esattamente l’allungamento e il distanziamento cellulare tipico dei processi di crescita. Dunque le radici stavano crescendo, al momento della fossilizzazione, senza che tale crescita portasse al differenziamento di una cuffia attorno all’apice.

A questo punto, lo studio si è concentrato nel definire lo strato di epidermide che sembra avvolgere tutta la superficie degli apici. Nelle radici delle piante attualmente viventi, il promeristema, ossia la porzione immediatamente prossimale all’apice, è istologicamente caratterizzata da piani di divisione cellulare sia periciclinali (paralleli alla superficie della radice) che anticlinali (perpendicolari alla superficie della radice), quest’ultimi invece caratteristici dell’epidermide. Una dettagliata analisi di microscopia confocale, spiegano gli autori, ha confermato invece la sola presenza di file di cellule con piano di divisione anticlinale precisamente in questa parte della radice, avvalorando l’ipotesi di una presenza uniforme di epidermide.

Quali conclusioni evolutive traggono gli autori? Secondo i ricercatori, le caratteristiche di questi apici radicali mostrerebbero come le radici di A. mackiei deriverebbero da un meristema precedente sconosciuto, configurando questa struttura come precedente alle radici delle piante attualmente viventi. Dato che le specie successive a A. mackiei presentano radici con cuffia e che le cuffie sono presenti anche nelle radici dell’altro importante gruppo di piante, le Eufillofite, gli autori suggeriscono che l’attuale sistema radicale con cuffia, non solo si sia evoluto per gradi all’interno del gruppo delle Lycopodiophyte, a cui appartiene anche A. mackiei, ma in almeno due eventi evolutivi distinti.

Ulteriori analisi, concludono gli autori di questa lettera, saranno necessari per gettare luce su questo processo coevolutivo, che ha portato fino alle radici attuali.

 

Riferimenti
Alexander J. Hetherington, Liam Dolan. Stepwise and independent origins of roots among land plants. Nature, 2018; DOI: 10.1038/s41586-018-0445-z

Immagine: Di pubblico utilizzo (Da Wikimedia Commons)