L’analisi della risposta delle cellule vegetali alla forza di gravità potrebbe essere d’aiuto per i progetti ispirati alla natura

Dalle turbine eoliche agli edifici, dai robot alle auto bioniche, l’uso di metodi innovativi e nuove tecnologie è sempre più ispirato alla natura. Poiché imitano i sistemi biologici, le applicazioni di tali soluzioni sono conosciute come biomimetica o biomimesi e sono destinate a crescere, grazie alla ricerca che ci aiuta a capire come gli organismi viventi si adattano ai cambiamenti dei fattori esterni.

Uno studio sulla percezione della forza di gravità nelle piante, sostenuto in parte dal progetto finanziato dall’UE PLANTMOVE, getta le basi per applicazioni industriali di ispirazione biologica. I risultati sono stati pubblicati di recente sulla rivista «Proceedings of the National Academy of Sciences».

Come rilevato nell’articolo, se una pianta è inclinata, altererà la sua crescita per piegarsi all’indietro. Per rilevare l’inclinazione, utilizza delle sorte di clinometri cellulari, ossia cellule riempite con granuli di amido microscopici chiamati statoliti. I ricercatori del Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS), dell’Istituto nazionale francese per la ricerca agronomica e dell’Università Clermont Auvergne che hanno condotto lo studio hanno esaminato il modo in cui questi «sensori di gravità» rispondono anche alla più piccola deviazione dalla verticale.

Hanno così dimostrato che, nonostante la loro natura granulare, gli statoliti si muovono e rispondono all’angolo più debole, come farebbe un clinometro liquido. I ricercatori affermano: «Il confronto tra i sistemi biologici e quelli biomimetici rivela che questo comportamento simile ai liquidi deriva dall’attività cellulare, che agita gli statoliti con una temperatura apparente di un ordine di grandezza maggiore della temperatura effettiva». I ricercatori hanno aggiunto che i risultati «fanno luce sul ruolo chiave delle fluttuazioni attive degli statoliti per spiegare la notevole sensibilità delle piante all''inclinazione».

Applicazioni industriali di ispirazione biologica

Secondo un comunicato stampa del CNRS che presenta lo studio, le scoperte del gruppo potrebbero contribuire allo sviluppo di «clinometri miniaturizzati resistenti che offrano un’alternativa ai giroscopi e agli accelerometri di oggi». I clinometri sono utilizzati per misurare gli angoli di elevazione rispetto al piano orizzontale, mentre i giroscopi sono impiegati per rilevare la deviazione di un oggetto dall’orientamento desiderato. Questi ultimi sfruttano il principio di conservazione del momento angolare, mentre gli accelerometri misurano la velocità di accelerazione o decelerazione di un oggetto. Le applicazioni di tali sensori includono smartphone, sistemi di navigazione inerziale di aeromobili e missili, sistemi di stabilizzazione di volo dei droni e sistemi di prevenzione delle collisioni nei veicoli.

Come afferma il sito web del progetto, PLANTMOVE, che è al crocevia della meccanica vegetale e della fisica della materia soffice, si occupa dei meccanismi di base utilizzati dalle piante per percepire gli stimoli meccanici e generare movimento. «Come trasportare i fluidi, spostare i solidi o percepire i segnali meccanici senza l’equivalente di pompe, muscoli o nervi? Questa sfida, che è di una certa importanza per la microfluidica e la robotica, è stata risolta da tempo dalle piante.»

Il progetto PLANTMOVE (Plant movements and mechano-perception: from biophysics to biomimetics), ancora in corso, utilizza un approccio multidisciplinare e su diverse scale per migliorare la comprensione delle funzioni di base delle piante. Come indicato sulla pagina web del progetto CORDIS, tale approccio «offre nuove strategie per progettare materiali soffici e fluidi intelligenti ispirati ai sensori e ai meccanismi di motilità delle piante».

Comprendere come questi organismi si adattano alla pressione esterna, si alimentano e si riforniscono di acqua e luce è fondamentale in agronomia e nelle scienze vegetali per una migliore gestione delle risorse vegetali. La stessa pagina web aggiunge che PLANTMOVE offre un percorso promettente per i progetti biomimetici in ingegneria e nelle tecnologie.

Per maggiori informazioni, consultare:
sito web del progetto PLANTMOVE