Le micorizze: l'incredibile simbiosi tra i funghi e le piante

L’origine e il ruolo della simbiosi

Com’era la Terra agli inizi della colonizzazione vegetale? 450 milioni di anni fa, gran parte delle terre emerse si presentava ancora spoglia, con superfici prevalentemente rocciose e prive di uno strato di suolo organico ben sviluppato. L’atmosfera presentava concentrazioni di CO₂ molto superiori a quelle attuali e livelli di ossigeno inferiori. La vita sulla terraferma era ancora estremamente limitata e dominata soprattutto da comunità microbiche, mentre gran parte della biodiversità era concentrata negli ambienti acquatici. Le prime piante terrestri, derivate da antenati algali verdi, erano forme semplici, prive di vere radici e di apparati vascolari complessi.
È in questo ambiente ostile che si sono sviluppati i primordi della relazione mutualistica tra i funghi e le piante: le micorrize. Relazione che, secondo il paradigma “micorrizico” (Nicolson, 1967), ha favorito la colonizzazione vegetale della terraferma. Nicolson, botanico e micologo britannico, osservando la presenza delle micorrize nella maggior parte delle piante terrestri, ne dedusse l’antichità del rapporto e da qui sviluppò la tesi di un’origine remota della simbiosi. In questo scenario, associandosi alle prime piante terrestri attraverso i loro tessuti basali, il fungo avrebbe permesso loro di accedere ai nutrienti in un ambiente particolarmente arido e oligotrofico, in cambio di carboidrati (Pirozynski e Malloch, 1975).

Questa teoria fu poi sostenuta da diverse linee di evidenza (Field et al., 2015). La prima riguarda la scoperta di fossili vegetali risalenti al Devoniano inferiore, nei quali sono state osservate strutture fungine morfologicamente molto simili a quelle attuali. I geni e le vie di segnalazione che avviano e regolano queste simbiosi sono inoltre conservati in numerose linee di piante terrestri: è quindi verosimile che, trattandosi di un meccanismo ampiamente conservato, abbia un’origine molto antica. A sostegno di ciò, ritroviamo nelle linee a divergenza più antica delle piante attuali questo stesso legame simbiotico con alcuni funghi del suolo.
Ovviamente, la simbiosi micorrizica, favorendo la colonizzazione del suolo terrestre da parte delle piante, ha avuto un considerevole impatto sull’ecosistema globale: modificando l’atmosfera e il suolo ha contribuito a determinare l’incredibile biodiversità che caratterizza la Terra. Ora, considerate l’antichità e l’importanza ecosistemica di questo legame, capiamo come è strutturato e il motivo per cui è così efficace.

Come funziona la simbiosi

Circa l’80% delle specie vegetali che abitano il pianeta oggi instaura relazioni micorriziche, dalle quali può ricavare importanti benefici.
La simbiosi micorrizica (mýkēs = fungo; rhíza = radice) coinvolge un partner fungino e un partner vegetale. Avviene nel suolo, all’altezza degli apparati radicali delle piante, e consiste nel contatto, più o meno “intimo”, tra le ife fungine e i tessuti radicali. Il legame può includere o escludere l’ingresso del micete nella cellula vegetale. Nel primo caso si tratta di endomicorrize: una simbiosi profonda che prevede la penetrazione dell’ifa fungina attraverso la parete delle cellule vegetali, senza attraversarne la membrana plasmatica, permettendo lo scambio di nutrienti tra i due organismi. Questo stesso scambio è permesso anche nel caso in cui il micelio avvolga gli apici radicali, insinuandosi tra le cellule senza invaderle: le ectomicorrize.
Ad un primo sguardo l’invasione fungina dei tessuti vegetali potrebbe sembrare una tecnica di parassitismo: alcuni funghi patogeni utilizzano infatti delle strutture simili per colonizzare le piante. Ci sono però due differenze sostanziali rispetto alla creazione di un rapporto simbiotico.
La prima riguarda la reciprocità dell’interazione: il partner vegetale si predispone attivamente al legame, così come il micete. Tra i meccanismi coinvolti troviamo la segnalazione chimica a distanza, con cui i due organismi si riconoscono prima del contatto fisico: la pianta essuda molecole segnale nel suolo, il fungo le recepisce e risponde con le proprie molecole di riconoscimento.
La seconda riguarda la natura dello scambio: quella micorrizica è generalmente una relazione mutualistica dalla quale entrambi gli organismi coinvolti ricavano beneficio. La pianta fissa il carbonio tramite la fotosintesi e ne cede una parte al fungo sotto forma di composti organici. Questo in cambio le fornisce azoto, fosforo e altri elementi nutritivi. Le ife sono caratterizzate da un diametro inferiore rispetto a quello delle radici e dalla possibilità di ramificarsi: creano una rete capillare in grado di raggiungere anfratti del suolo altrimenti inaccessibili alla pianta. È come se il micelio ampliasse la superficie radicale, permettendole di arrivare dove normalmente non può.

Wood Wide Web

La capacità dei miceli di legarsi ad una pianta in una simbiosi estremamente positiva non si limita necessariamente ad un individuo, bensì può arrivare a coinvolgerne molteplici in un ecosistema. Le ife di uno stesso fungo possono colonizzare le radici di piante vicine diverse, dando origine ad una rete micorrizica comune: il Wood Wide Web.

I funghi nelle foreste crescono, esplorano il suolo, e si legano alle piante. Attraverso le ife molecole chimiche viaggiano all’interno dello stesso fungo, e si sta studiando la possibilità che viaggino anche tra un albero e l’altro. È importante sapere che gli individui in un bosco, come in qualsiasi altro ecosistema, non sono isolati: le piante comunicano tra loro anche tramite molecole volatili rilasciate nell’aria. È un modo più silenzioso del nostro.
Coerentemente con questa visione, si studia la possibilità che le reti micorriziche comuni facilitino il trasferimento di risorse, acqua e molecole segnale tra piante. La portata e l’importanza ecologica di questi fenomeni negli ecosistemi naturali sono però ancora oggetto di discussione e studio. Ad esempio, a sostegno di questa teoria, esistono piante completamente micoeterotrofe che, a differenza delle piante fotosintetiche, ottengono il carbonio necessario alla crescita attraverso i funghi associati, che a loro volta è possibile che lo ricevano da altre piante. I meccanismi ecologici ed evolutivi che regolano questi trasferimenti di carbonio non sono ancora completamente chiariti, ma è evidente che queste interazioni sotterranee giochino un ruolo importante negli ecosistemi. Potenzialmente, lo studio del Wood Wide Web potrebbe aprire diverse possibilità per conoscere più a fondo la biodiversità e per capire come sostenerla, ampliando lo sguardo verso una concezione più organica e meno individualista della natura. È un’ipotesi affascinante e realistica su cui la comunità scientifica sta lavorando e discutendo.

 In questo modo i funghi, silenziosi, esplorano il mondo.