Il fiore (che sa di) cadavere

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Allora diciamolo subito, anche perché, secondo voi, se lo hanno soprannominato “fiore-cadavere” (corpse flower) quale tripudio di aromi potrà mai sprigionare?

E ora pensate a chi lo scoprì.

Siamo nel 1878 e il botanico italiano Odorado Beccari si trova nel mezzo della foresta pluviale di Sumatra. Immaginatevi l’atmosfera umida e satura di odori tropicali, di fiori carnosi e selvaggi dall’aroma intenso, ma tutto sommato tollerabile o piacevole. Poi a un certo punto Odoardo inizia a sentire qualcosa, un tanfo rancido, tanto che pensa di trovarsi nelle vicinanze di una carcassa, una scimmia morta, vai te a sapere. E cosa fai, senti un odore del genere e non vai a vedere di cosa si tratta?

Seguendo questa scia pestilenziale il nostro Odoardo però di bestie morte non ne trova. Si imbatte invece in una roba un po’ surreale: un fiore di proporzioni gigantesche. Una base rosso vinaccia dal cui centro si erge uno stelo massiccio. Si chiama Titan Arum, ma in latino, vezzosi, hanno pensato bene di chiamarlo Amorphophallus titanum.

Si tratta per la precisione di un’infiorescenza a spadice, cioè non è un fiore solitario, ma un insieme di fiori in questo caso senza ramificazioni. Ed è la più grande al mondo. Per convenienza in gergo comune lo chiamiamo “fiore”.

Beccari

Botanist Odoardo Beccari.

 

Diverse specie di Arum hanno come profilo odoroso acidi esteri, p-cresolo, indolo e 2-heptanone – quello che, per capirci, sa un po’ di banana, ma è anche tra i componenti del mix di odori del gorgonzola, e viene, infatti, usato anche come aroma alimentare; il 2-heptanone è inoltre un feromone prodotto dalle ghiandole salivari delle api, e pare abbia anche un effetto anestetico:le api lo usano per stordire i parassiti eventualmente presenti nell’alveare ed eliminarli.

Ma tornando al nostro fiore gigante, perché sta puzza? L’odore è uno degli stratagemmi evolutivi che i fiori hanno sviluppato per attrarre gli insetti impollinatori. Però mica tutti sono attratti da robe vive, anzi. Mettetevi nei panni di un insetto “spazzino”, o di uno di quelli che si ciba di carogne o che ha bisogno di un bel posticino accogliente per deporre le uova. Niente meglio di un bel anfratto di carne putrescente con quel magico microclima generato dalla decomposizione e dall’attività di una moltitudine di batteri e parassiti che, digerendola, la trasformano, liberano anidride carbonica (CO2), altri gas e sostanze di cui le larve potranno nutrirsi. Di conseguenza a molti fiori conviene emettere aromi il più possibile simili a cose marcescenti.

E ora mettetevi nei panni di una pianta che deve sopravvivere e riprodursi in un ambiente estremamente competitivo come la foresta pluviale, dove mediamente gli insetti impollinatori sono piuttosto distratti da numerosi altri odori e per giunta l’aria circola poco per via dell’umidità e degli alberi alti che creano come un “tetto” di vegetazione rendendo l’aria ancora più “ferma”. In un ambiente del genere hai voglia tu a profumare, gli odori circolano a fatica e di insetti si rischia di non beccarne molti. Come l’ha risolta il nostro Titan arum? Con un mix letale.

Intanto il gigantismo, non è l’unico per la verità, ma è un elemento importante. Lo spadice centrale può tranquillamente raggiungere i tre metri di altezza. Gli scienziati hanno poi scoperto che è termogenico, cioè produce calore. Ma non un teporino così, la punta dello spadice raggiunge temperature di circa 36 gradi centigradi, comparabili alla temperatura interna di una persona, che è di 37 gradi. Come funziona? a cicli regolari lo spadice si riscalda e questo calore agisce in due modi: primo, aiuta a sprigionare gli odori che se già di loro sono pestilenziali immaginate col caldo; secondo, l’aria intorno e sopra lo spadice in questo modo si riscalda e, riscaldandosi, va verso l’alto facendosi largo tra gli strati di aria più fredda. Si generano in questo modo dei moti convettivi che portano aria calda e puzzolente verso l’alto. E così gli odori riescono a diffondersi più lontano.

La base del fiore inoltre, con il suo colore rosa scuro richiama l’aspetto della carne e quindi invita gli insetti ad avvicinarsi. Il tutto per cercare di attirarne il più possibile e ottimizzare i tempi e le risorse. Questo lavoro è energeticamente molto dispendioso e il fiore, infatti, dura al massimo 48 ore. Una volta andato, per il prossimo ci possono volere degli anni.

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Infiorescenza di Titan arum di 3.06 m, Giardino botanico di Bonn, 2003. Questa stessa pianta eccezionalmente nel 2006 produsse tre infiorescenze e gli scienziati potere farene accurate osservazioni sul fenomeno della termogenesi. (Bartlott et al., 2008, Plant Biology).

 

 

 

Tra le principali classi di odori identificati in diverse specie troviamo composti caratteristici di gas nauseabondi tipo petrolati; rancidi tipo formaggio; carne putrefatta, odori fecali; odori di pesce avariato e urina; odori speziati o che ricordano il cioccolato; odori di frutta.

 

 

 

 

In diversi giardini botanici è possibile trovarne degli esemplari anche se sono molto difficili da far crescere e ogni volta che una di queste delizie sboccia, c’è una movimentazione generale di botanici e scienziati che devono cogliere l’attimo per poterne studiare la biologia, e del pubblico che accorre curioso per snasare. Tra le recenti c’è stata Alice (perché a una pianta del genere non vuoi dare un nome?) sbocciata nel  Chicago Botanic garden a settembre 2015.

E niente, l’ho già aggiunta alla lista delle cose da fare almeno una volta nella vita: snasare sto fiore assurdo. Voi no?

The corpse flower

 

Let’s make it clear from the beginning, if they call it ‘corpse flower’ there is a reason.

And now, imagine being the first person who found it.

We are in the 1878 and Italian botanist Odoardo Beccari is exploring the raining forest in Sumatra: a walk through all kind of green, a rich atmosphere, lush and highly humid, full of odors coming from the vegetation. At a certain point a strange scent has been catching Odoardo, an unusual smell like something rotten. He thinks there must be a monkey-carcass somewhere nearby or something similar…

In such situation you don’t go straight ahead to see what is going on, do you?

Odoardo starts to follow the putrid scent, but It turns out what he finds is not the remaining of a dead animal, but something way more interesting, and astonishing: a three-meters tall flower standing in front of him.

It is called Titan Arum, Amorphophallus titanum in Latin, which comes from ancient Greek and means άμορφος – amorphos, “without form, misshapen” and φαλλός – phallos, “phallus”, and “titan”, “giant”. The plant, from the Araceae family, consists of a smelly spadix of flowers wrapped by a spathe (a leaf-like bract), and it is the largest unbranched inflorescence in the world, though commonly named giant “flower”. And it stinks. Heavily and deadly.

 

I was lucky last summer, August 2016, to get the blooming of a corpse flower in Frankfurt at the Palmengarden. Credit: perfecsenseblog.

 

Some species of Amorphophallus have an odor profile rich of chemical compound like cresol and indole (like human feces), and 2-heptanone, which smells like banana. Interestingly, 2-heptanone is also a bee-pheromone and it has anesthetic-effect: it is produced in the salivary-glands of the bees and used to knock-down intruders and send them out from the beehive.

Other characteristic odors of the plant include trimethylamine, which smells like rotting fish, isovaleric acid, a cheese-smell also similar to used sweaty socks, benzyl alcohol, like floral scent, and several others ketones, esters and dimethyl oligosulphides.

Why the plant needs such odors?

Plants often use scent to attract pollinators, but what if the pollinators love rotting stuff? There is a bunch of parasites and insects that use rotten flesh to depose their eggs and grow well in the special “microclimate” generated by decomposing bacteria and small animals. Therefore for a certain plants it is useful to be stinking. Actually they evolved a stinking strategy, along with a reddish aspect of the spathe in order to pretend to be a decaying animal or a piece of rotten flesh. In this way they can mislead pollinators like carrion beetles and blowflies that get attracted by the putrid smell.

But there is more, the plant is thermogenic, meaning it heats up. Imagine being a plant in the middle of the jungle. You have many competitors for pollinators. To overcome this problem, the plant heats up to 36 degrees – close to the internal temperature of human body! – allowing the air in the surrounding to move up creating convection currents. In other words, the air close to the spadix – the smelly part of the plant – catches the odors and warms up because of the plant-temperature; therefore she travels to the upper levels sending the putrid call far away for the pollinators to come. Clever.

On the other hand this work is demanding for the plant, which needs lot of energy. Therefore the flower usually last around 48 hours. Two days of crazy putrid exhalation, short, but intense.

The plant is relatively difficult to grow and botanical gardens all around the word are in a sort of competition for the Titan Arum to bloom. And from times to times pops up an alert from one of them: the stink-bomb is about to bloom.

Bonus



Su Pinterest trovate una galleria di foto bellissime.

References

W. Barthlott, J. Szarzynski, P. Vlek, W. Lobin & N. Korotkova, (2008). A torch in the rain forest: thermogenesis of the Titan arum (Amorphophallus titanum). Plant Biology ISSN 1435-8603.

G.C. Kite, W,L.A. Hetterscheid, M.J. Lewis, P.C. Boyce, J.Olleton, E. Cocklin, A. Diaz, and M.S.J. Simmonds (1998). Inflorescence odours and pollinators od Arum and Amorphophallus (Araceae). In S.J. Owens and P.J. Rudall (Editors). Reproductive biology, pp295-315. Royal Botanic gardens, Kew.

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Il fiuto dei dinosauri

Di bestie col naso enorme e poco fiuto e un T.rex che non vi immaginate

 

Rhinorex, così l’hanno chiamato, e se gli date un’occhiata capite subito perché. Lungo su per giù 9 metri, peso di circa 3.800 Kg, vegetariano. Segni particolari: un naso che fa provincia, nel vero senso della parola.

 

© Julius Csotonyi.

© Julius Csotonyi

Rhinorex condrupus fu rinvenuto nella formazione geologica di Neslen (Utah, Stati Uniti) negli anni Novanta dai paleontologi Rodney Sheetz e Terry Gates, della North Caroline State University e della Brigham University. Ci sono voluti due anni solo per estrarre il cranio dai sedimenti, ma alla fine una soddisfazione, anche perché era quasi intero e ha permesso ai ricercatori di fare una ricostruzione accurata dell’animale, un nuovo adrosauro, come hanno riportato sulla rivista scientifica Journal of Systematic Palaeontology lo scorso settembre.

Risale a circa 75 milioni di anni fa, epoca dell’alto Cretaceo, ed è stato ritrovato in una regione al tempo palustre, a 80 km dalla costa e circa 250 Km più a nord della formazione di Kaiparowitz, grosso sito di ritrovamento di altri adrosauri. Questi dinosauri sono caratterizzati da un muso a becco d’anatra, appartengono infatti alla famiglia dei dinosauri ornitisti. Molte specie inoltre avevano sulla testa creste di diversa forma: a ascia, a ventaglio, a elmetto.

Hadrosauroids

Griposaurus monumentensis aveva poi un interessante rigonfiamento sul naso e gli scienziati pensano ci possa essere qualche vicinanza con Rhinorex ma la questione è ancora molto dibattuta. A distinguere Rhinorex dagli altri adrosauri ci sono due tratti caratteristici: una proiezione a uncino dei processi nasali (un po’ semplificato, ma per capirci) e della premascella (la parte superiore del muso diciamo) e altre differenziazioni delle ossa nasali e facciali (le postorbitali, le squamosali). Il risultato insomma è invece di una cresta appariscente o di un muso a becco, un naso enooooorme. E il fiuto? In realtà nonostante tutto questo armamentario l’olfatto di Rinorex non doveva essere granché e i ricercatori hanno fatto diverse ipotesi su cosa ci facesse con un naso così: poteva forse servire come richiamo sessuale, o per il riconoscimento dei membri della propria specie o per smaciullare le piante di cui si cibavano.

D’altra parte altri dinosauri con molta probabilità avevano un olfatto molto sviluppato, Tyrannosaurus rex e Velociraptor per esempio. La paleontologa Darla Zelenitsky della Univeristy of Calgary (Alberta, Canada) ha pubblicato, con i colleghi Francois Therrien e Youshitsugu Kobayashi, già nel 2008 un primo studio. I ricercatori hanno fatto un’analisi comparativa delle dimensioni e della forma del bulbo olfattivo in 21 diverse specie di teropodi (dinosauri bipedi come il T. rex). Prendendo come riferifermento il rapporto tra le dimensioni del bulbo olfattivo e il resto del cervello hanno trovato che in alcune specie il bulbo olfattivo era molto sviluppato, indizio di un olfatto fino. Dati simili sono stati trovati anche per Archeopterix, il primo volatile, e questo suggerisce che gli uccelli, ritenuti in genere dall’olfatto poco sviluppato, devono aver perso molto del loro fiuto più tardi nell’evoluzione, come i ricercatori hanno riportato in uno studio del 2011.

 

Bonus

Se avete ancora in mente l’immagine del dinosauro “alla Jurassik Park” è il caso che la rivediate: ci sono già da un po’ numerose indicazioni scientifiche che con molta probabilità Tyrannosaurus rex e Velociraptor fossero dotati di piume. Il nuovo Jurassik World sarà presto in uscita – e andrò a vederlo- e anche se loro non si sono aggiornati noi almeno sapremo immaginarci un dinosauro piumato 😀

Dal Museo di Storia naturale di Londra

Dal Museo di Storia naturale di Londra

Le orchidee di Darwin

from hawaiiFoto dal mio viaggio tra i profumi selvaggi

Dallo scorso autunno le mie narici non sono più le stesse, non dopo quei profumi e quegli odori. Ero alle Hawaii e l’aria benché non fosse piena stagione sapeva di orchidea, letteralmente, poi certo anche la suggestione di trovarmi lì, ma quell’odore…

Così le orchidee mi sono tornate subito in mente oggi che è il compleanno di Darwin (12 Febbraio 1809): lo scienziato ne rimase subito affascinato e si applicò non poco per capire come si fossero evolute e, vista la loro singolare anatomia, come si fossero evoluti gli insetti per riuscire a prenderne il nettare (e impollinarle). C’è pure un’orchidea che porta il suo nome: l’orchidea stellata (Angraecum sesquipedale), chiamata anche orchidea di Darwin, è endemica della foresta pluviale del Madagascar e fu al centro delle attenzioni di Darwin viste soprattutto le sue dimensioni, inusuali rispetto a quelle di climi più temperati: che razza di proboscide dovevano avere lì gli insetti per riuscire a raggiungere il nettare di questi fiori? (qui trovate la storia nei dettagli).

 

Darwin vi scrisse un libro pubblicato nel 1862: I vari espedienti mediante i quali le orchidee vengono impollinate dagli insetti (riedito in italiano nel 2009 ma purtroppo un po’ difficile da trovare,  lo trovate online in inglese però 😉 ).

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Le orchidee sono fiori pazzeschi, io non sono un’esperta ma ne sono affascinata, mi attraggono esattamente come fanno con gli insetti: con i loro profumi e le loro puzze. Sì perché tra le circa 20.000 mila specie di orchidee finora conosciute ce n’è davvero per tutti i gusti: molte come la Vanilla planifolia sprigionano odori fragranti e ottundenti, altre invece come Bulbophyllum orchids sprigionano esilaranti aromi di sterco e carne marcescente per attirare i moscerini (e farsi impollinare – astute). Questi fiori offrono interessanti esempi di coevoluzione con diverse specie di insetti:  la Stanhopea per esempio attira col suo profumo i maschi di una particolare specie di ape, questi poi così tutti profumati vanno a corteggiare le femmine. In molte serre spesso vengono messe tatticamente delle Gongora che hanno un profumo piuttosto forte e penetrante simile alla cannella. Per i nottambuli invece c’è la regina della notte Brassavola nodosa che col suo odore agrumato attira le falene notturne.

gongora-meneziana Gongora meneziana. Credit: Alex Popovkin

Se siete affascinati da queste meraviglie c’è un bel documentario prodotto per un progetto del  Centre for cultural and Scientific communication at Kiel University of Applied Sciences e il Botanical Garden of the Christian Albrecht University di Kiel, in Germania. Darwin and his fabulous orchids dura 50 minuti e in modo preciso ma accessibile a tutti racconta le esplorazioni di Darwin e la biologia di questi fiori bellissimi. Vi lascio una breve galleria dal sito del film: guardate, immaginate, annusate…

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Espansione in tre step

È stato l’olfatto a guidare lo sviluppo del cervello?

C’è un fatto sul quale numerosi paleontologi e neurobiologi si interrogano da un pezzo ed è come ha fatto il cervello dei mammiferi a evolversi? E soprattutto, perché le aree del cervello hanno dimensioni e proporzioni così diverse tra loro? Numerosi studi mostrano che in generale passando da una specie animale all’altra le dimensioni delle diverse aree cerebrali sono “in scala” con la massa totale del cervello, tutte eccetto una: il bulbo olfattivo. Nei vertebrati questa struttura, che rappresenta la prima postazione cerebrale per la decodifica degli odori, ha dimensioni che variano certo, ma non in proporzione alle dimensioni complessive del sistema nervoso centrale. Per capirci, secondo questo schema per un “cervello grande” ci si aspetterebbe di trovare anche un bulbo olfattivo “grande”, e invece no. Ad esempio, perché il bulbo olfattivo dei roditori è così grosso rispetto al nostro? Roba da non dormirci.

mouse_bulbImmagine dall’alto di un cervello di topo, la freccia indica il bulbo olfattivo

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Schema dell’evoluzione del cervello a partire dai cinodonti (in rosso è rappresentato il bulbo olfattivo).
Credit: Rowe et al. Science, 2011

Un sistema imprevedibile

Le dimensioni in verità non sono l’unico fattore per il quale il sistema olfattivo continua a lasciare i ricercatori spiazzati: nel mondo animale andando dai molluschi agli insetti, dai vermi ai vertebrati vi è una strabiliante convergenza per la quale vi sono alcune strutture o schemi di funzionamento comuni ed estremamente conservati nelle specie, ad esempio:

  • i recettori olfattivi sono proteine-G associate alla membrana cellulare
  • la via di trasduzione del segnale odoroso segue uno schema a due step
  • la prima stazione nervosa che riceve il segnale dai neuroni olfattivi ha un’organizzazione glomerulare

Altro fatto ancora da capire è perché nella corteccia olfattiva sembra non esserci nessun tipo di organizzazione topografica che ne rispecchi in qualche modo il funzionamento, come avviene con altri sistemi sensoriali, e gli scienziati stanno cercando di capire quale possa essere la chiave di lettura (e decodifica appunto). C’è infine un’altra questione, se da un lato la struttura generale del sistema olfattivo è piuttosto conservata, dall’altro lato il numero di geni che codificano per i recettori olfattivi tra diverse specie è estremamente variabile. Nei mammiferi i geni che codificano per i recettori olfattivi rappresentano la più grande famiglia multigenica del genoma, ma in ogni caso il numero di recettori olfattivi passando da una specie all’altra (invertebrati compresi) non segue schemi ovvi: il verme Caenorhabditis elegans ha circa 1500 diversi chemorecettori, il moscerino Drosophila melanogaster ne ha 130, l’uomo ha circa 350 recettori mentre il topo un po’ più di 1000. Che cosa significa? Non si sa.

Vari possibili scenari

I ricercatori hanno formulato a partire dai dati sperimentali in loro possesso diverse ipotesi che stanno cercando di verificare con nuovi esperimenti. La domanda principale come si diceva all’inizio è: perché il sistema olfattivo sembra essersi evoluto diversamente dagli altri e perché le dimensioni del bulbo olfattivo non seguono la regola generale?
Una possibilità potrebbe essere nella funzione primaria che noi attibuiamo al senso dell’olfatto, ossia riconoscere e distinguere gli odori. Lucia Jacobs in uno studio pubblicato sulla rivista scientifica PNAS ha formulato l’ipotesi che inizialmente la funzione primaria dell’olfatto non fosse tanto legata al bisogno di discriminare gli odori quanto a quella di usarli per orientarsi nello spazio, chiamata “funzione di navigazione”. Se questo fosse vero le diverse dimensioni del bulbo risponderebbero a queste esigenze e, semplificando, specie con comportamenti “esplorativi”, che quindi si muovono molto in cerca di cibo o per necessità di fuga dai predatori, avrebbero sviluppato ad esempio un bulbo con dimensioni maggiori rispetto a specie meno esplorative o che si sono evolute prediligendo altri sistemi sensoriali per questo scopo, vedi vista ed ecolocazione. In base a questa ipotesi l’esigenza di orientarsi usando “mappe sensoriali” basate sulla disposizione degli odori nello spazio avrebbe esercitato la necessaria pressione affinché il cervello si sviluppasse nella direzione che ha preso. Questo avrebbe favorito anche lo sviluppo dell’ippocampo e della memoria associativa come conseguenza dell’organizzazione delle informazioni sensoriali in moduli associativi. Ovvero, mi oriento nello spazio basandomi su una mappa mentale nella quale ho memorizzato determinate zone dello spazio in cui mi muovo associandole a odori caratteristici che quindi ricordo e riconosco. Si tratta ancora solo di un’ipotesi, ma sicuramente interessante.

Evoluzione a tre step

Un altro studio, su Science, suggerisce che significativi aumenti delle capacità olfattive hanno segnato e in qualche modo guidato le tappe principali dell’evoluzione del cervello dei mammiferi.
In questa ricerca è stato possibile applicare per la prima volta una scansione ai raggi X ad alta risoluzione di alcuni crani fossili, questo ha permesso di avere dati precisi sulla loro superficie interna, altrimenti non accessibile a meno di rompere il cranio stesso, e quindi risalire alla forma del cervello che ci stava dentro. Dalle ricostruzioni e dagli studi comparartivi del cranio fossile di due animali mammaliformi, Morganucodon e Hadrocodium, risalenti all’inizio del Giurassico, stiamo parlando cioè di quasi 200 milioni di anni fa,  è emerso che probabilmente l’evoluzione del cervello dei mammiferi è avvenuto in tre tappe principali. Partendo dai primi rettili che non avevano organi di senso particolarmente sviluppati e pure a coordinazione motoria non erano messi molto bene, si sono distaccati due rami principali che hanno portato rispettivamente ai mammiferi e agli uccelli. Nei mammiferi lo sviluppo di aree cerebrali più complesse pare sia stato guidato da un acuirsi del senso dell’olfatto e da un’espasione del cervelletto, deputato appunto alla coordinazione motoria. In una seconda fase le dimensioni complessive del cervello sarebbero aumentate di circa 50% e avrebbero riguardato di nuovo soprattutto bulbo olfattivo e cervelletto, ma anche gli emisferi cerebrali, come conseguenza di una più raffinata capacità di integrare gli stimoli sensoriali e motori.
Infine secondo gli autori  della ricerca si può individuare una terza fase dell’evoluzione del cervello dei mammiferi che ha visto un’ulteriore aumento delle capacità di elaborare gli stimoli odorosi. In questo periodo si osserva infatti un aumento del 10% dell’epitelio olfattivo e alcuni importanti modifiche alla struttura delle ossa craniche e del setto nasale. Inoltre il numero di geni per i recettori olfattivi si espande e aumenta il numero di recettori, le capacità olfattive insomma migliorano, e di molto.

F1.largeDimensioni relative di bulbo olfattivo, emisferi, medulla e cervelletto in rettili, uccelli e mammiferi
Credit: N. Kevitiyagala/Science

Sullo sviluppo degli uccelli a riguardo si hanno meno informazioni, ma i reperti fossili e i dati a disposizione suggeriscono che già i dinosauri più vicini a loro presentavano emisferi cerebrali e cervelletto più sviluppati, mentre il bulbo olfattivo era piuttosto ridotto. Cosa sia successo nel mezzo ancora non è chiaro.

Più si studia più aumentano le domande…