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Effetti della microgravità

Le condizioni di microgravità a bordo delle stazioni spaziali orbitanti o di gravità ridotta su piattaforme planetarie possono essere percepite come fonte di stress dalle piante.


La gravità ridotta non impedisce il completamento dei cicli vitali delle piante: nello Spazio i semi germinano e le piante possono crescere, fiorire e formare frutti contenenti semi a loro volta capaci di germinare. In altre parole, anche in microgravità le piante possono completare il ciclo vitale “da seme a seme”. Anche nello Spazio è quindi possibile coltivare le piante a scopo alimentare per produrre cibo fresco nelle varie forme: foglie e germogli per le insalate, frutti e semi. Tuttavia, la microgravità può provocare alterazioni in alcuni processi e fenomeni biologici che innescano alterazioni nella struttura e nella funzionalità dei diversi organi. Queste modifiche, anche quando non sono tali da mettere a rischio la sopravvivenza, potrebbero comunque determinare alterazioni delle principali funzioni svolte dalle piante nello Spazio e variazioni della quantità e qualità delle parti da utilizzare come cibo fresco.


La maggior parte delle informazioni disponibili sull’effetto della microgravità sulle piante deriva da esperimenti svolti o a bordo delle piattaforme spaziali dove, di fatto, la microgravità agisce insieme ad altri fattori “spaziali” (per esempio le radiazioni ionizzanti), oppure sulla Terra dove “l’assenza di gravità” si può simulare con vari apparecchi tra cui i clinostati, che annullano gli effetti dell’azione unidirezionale della forza di gravità sull’organismo facendolo ruotare continuamente.


L’effetto della microgravità è stato studiato principalmente su alcuni processi nel corso dello sviluppo delle piante ed in particolare su: capacità di germinazione dei semi e sviluppo morfologico, gravitropismo (crescita delle radici guidata dall’attrazione gravitazionale), sviluppo del sistema vascolare e fenomeni di formazione delle pareti cellulari (fondamentali per il trasporto dell’acqua nel sistema vegetale e per il sostegno strutturale), traslocazione di sostanze di riserva (per esempio l’amido), accumulo di sostanze fenoliche (sostanze antiossidanti prodotte generalmente a seguito di stress), capacità di riproduzione, efficienza degli scambi gassosi (fotosintesi e traspirazione), attività del nucleo e cicli cellulari.

 


Numerosi esperimenti a bordo di satelliti e stazioni spaziali hanno dimostrato che la microgravità pur non impedendo la realizzazione della maggior parte dei processi vitali, può alterarne il normale svolgimento. La microgravità è ritenuta responsabile sia di effetti diretti su alcuni processi biologici, sia di effetti indiretti dovuti all’alterazione di fenomeni fisici come la dinamica dei fluidi. Tali alterazioni possono provocare fenomeni di asfissia a livello delle radici, riduzione della traspirazione ed accumulo di etilene, un ormone normalmente prodotto dalle piante in alcuni momenti del ciclo vitale che, alle giuste concentrazioni, può stimolare alcuni processi, mentre in concentrazioni eccessive può ostacolarli.


Molte delle alterazioni della crescita (per es. ridotta germinazione, assenza di impollinazione per la mancata schiusura delle antere) sono state imputate alla microgravità nei primi esperimenti condotti nello Spazio, per essere poi nel tempo attribuite proprio ad anomalie della dinamica dei fluidi che hanno determinato fenomeni di accumulo di etilene, eccesso di umidità o limitate concentrazioni di anidride carbonica. Fenomeni di crescita ridotta e rallentata, riscontrati in piante cresciute in condizioni di microgravità, sono stati talvolta imputati proprio a condizioni di asfissia dovute all’assenza di moti convettivi che normalmente permettono gli scambi tra i fluidi.


Indipendentemente dall’effetto diretto o indiretto della microgravità sulle piante, è un dato di fatto che le parti commestibili delle piante coltivate nello Spazio possono avere struttura e composizione nutrizionale diverse da quelle coltivate sulla Terra. Ad esempio, alterazioni delle caratteristiche delle pareti cellulari possono comportare variazioni nella consistenza del cibo fresco. Allo stesso tempo, modifiche nel funzionamento delle vie metaboliche si riflettono in alterazioni della composizione di macronutrienti e micronutrienti degli organi vegetali con immediate conseguenze sulla loro qualità nutrizionale.


Capire l’effetto della gravità alterata sulla crescita delle piante diventa quindi importante non solo dal punto di vista scientifico, per meglio comprendere alcuni processi di sviluppo delle piante sulla Terra (utilizzando quindi lo Spazio come uno speciale laboratorio), ma anche dal punto di vista pratico al fine di valutare le possibili conseguenze sul gradimento e sulle proprietà nutrizionali ed anti-nutrizionali degli alimenti vegetali freschi prodotti nello Spazio.


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