Fitorimedio: la risposta delle piante agli stress ambientali

Gli affioramenti naturali di petrolio di Tramutola sono un laboratorio a cielo aperto per identificare specie vegetali frutto dell’evoluzione adattiva agli ambienti ostili

Autore

Maria Francesca Scannone

Data

9 Febbraio 2023

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DATA

9 Febbraio 2023

ARGOMENTO

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Nell’ultimo decennio il concetto di sostenibilità si è sempre più affermato nel nostro modo di parlare, di pensare e agire. Affinché un uso inopportuno del termine non vanifichi un così ricco contenuto di intenti, occorre che il concetto di sostenibilità sia coerentemente declinato in qualsiasi disciplina, non ultima quella delle bonifiche.

L’ambito specifico della bonifica dei siti contaminati è probabilmente uno dei più ostici alla rielaborazione in chiave sostenibile. Difatti, le tecnologie di bonifica, al momento maggiormente impiegate, prevedono l’utilizzo di processi di natura fisico-chimica e meccanica, che presentano costi elevatissimi oltre ad un notevole impatto ambientale. 

Tuttavia, negli ultimi decenni, un crescente impegno è stato profuso dalle istituzioni, dal mondo della ricerca e delle imprese per rendere la bonifica di siti contaminati un processo sostenibile, con particolare riguardo per la biodiversità e per la tutela delle tre matrici aria, acqua e terra. Una valida e sostenibile alternativa ai comuni metodi di bonifica, di gran lunga più impattanti e costosi è la tecnica della ‘phytoremediation’.

Figura 1. Fitorimedio

Si tratta di una tecnica che sfrutta la capacità naturale di alcune piante di accumulare, degradare e stabilizzare una vasta gamma di contaminanti. 

Le piante sono delle nostre fantastiche alleate non solo per produrre ossigeno e depurare l’aria, ma anche per disinquinare terreni e acque contaminate. Tale straordinaria capacità non è altro che il risultato dell’evoluzione adattiva delle piante, agli ambienti ostili, attraverso numerose generazioni. Tuttavia, è ancora in una fase di sviluppo e sono necessarie ulteriori ricerche per implementare i livelli di conoscenza.

Affioramenti naturali di petrolio: scrigno di biodiversità inesplorata

In questo contesto si inserisce l’attività di ricerca condotta presso il sito degli affioramenti naturali di idrocarburi nel Comune di Tramutola in Basilicata. Si tratta di «manifestazioni liquide e naftaleniche che consistono in un gocciolamento libero di olio dovuto alla risalita da livelli poco profondi, circa 300- 400 metri, lungo fratture della roccia» 1

Di particolare interesse risultano essere i fenomeni di adattamento e i processi che vengono messi in atto dagli organismi vegetali e animali presenti nel sito, per sopravvivere alla presenza storica di idrocarburi (alla seconda metà del 1800 risale la prima traccia storico-scientifica documentata degli affioramenti).

L’intuizione che un ricercatore non può fare a meno di avvertire osservando il sito è che gli affioramenti naturali di idrocarburi rappresentino una fonte di biodiversità inesplorata che consentirebbe l’acquisizione di informazioni sul fitorimedio che in nessun altro luogo potrebbero essere reperite, data la sua unicità 2.

Figura 2. Affioramento naturale di petrolio

Con questa idea in mente, è stata condotta un’indagine quali/quantitativa sulle specie vegetali presenti nelle zone limitrofe agli affioramenti naturali di petrolio, con il fine ultimo di acquisire specifiche conoscenze per implementare lo sviluppo delle green remediation technologies.

La prima fase dell’attività di ricerca è stata quella di censire la componente vegetale, catalogando la vegetazione arborea, arbustiva ed erbacea presente, definendo il grado di copertura e la struttura della popolazione. Nel complesso sono state censite più di 60 specie su di una superficie di quasi 3.000 mq. All’interno dell’area non è apparso un impoverimento della comunità vegetale nonostante la presenza degli affioramenti naturali di petrolio.

Figura 3. Biodiversità presente nei pressi di un affioramento naturale di petrolio

La seconda fase dell’attività di ricerca si è poi concentrata sulle specie native cresciute spontaneamente sul sito in esame che mostrano forme di tolleranza nei confronti degli idrocarburi. Questo accade perché gli organismi viventi non subiscono in modo inerte gli effetti di una trasformazione ambientale, ma mettono in atto una serie di risposte adattive che tendono a ricostruire l’omeostasi 3. Su tali piante è stata condotta un’accurata analisi allo scopo di identificare i meccanismi che regolano la capacità delle piante di tollerare e/o degradare sostanze potenzialmente tossiche per gli ecosistemi. 

Potenzialità delle specie vegetali nel fitorimedio

Le specie identificate e comuni alle 2 aree di saggio presentano diverse caratteristiche comuni:

  • risultano essere piante pioniere, specie vegetali in grado di vivere in ambienti degradati e di trasformare l’ambiente circostante cosicché altre piante possono successivamente insediarsi;
  • elevata resistenza a stress ambientali;
  • elevate capacità adattative;
  • propagazione vegetativa.
Figura 4. Rappresentazione schematica delle strategie di fitodepurazione – Immagine tratta da: Phytoremediation of Soils Contaminated with Metals and Metalloids at Mining Areas: Potential of Native Flora 

Sono state identificate diverse specie vegetali, sia erbacee che arboree ed arbustive, adatte alla fitodepurazione di acque e suoli, e in grado di intercettare idrocarburi e metalli pesanti.

Tra queste vi sono il pioppo e il Salice i cui meccanismi di fitorimedio sono largamente noti alla comunità scientifica.

Figura 5. Salix alba (Salice)

Il loro rapido accrescimento permette una maggiore interazione della pianta con i contaminanti. L’elevata traspirazione influisce sulla decontaminazione di suoli e acqua, hanno la capacità di assorbire grandi quantità di contaminanti attraverso l’apparato radicale, che è in grado di trasferire ossigeno nella rizosfera 4 stimolando l’attività degradativa batterica. Sempre a proposito di sostenibilità, la biomassa prodotta dopo aver svolto l’attività degradativa potrebbe essere valorizzata dal punto di vista energetico riducendo ulteriormente i costi del progetto di bonifica.

La Carex è una delle specie più resistenti tra le piante acquatiche già nota in campo scientifico per bonificare i reflui del processo di estrazione del greggio dalle sabbie bituminose5. Presenta un apparato radicale fibroso e perenne, con vigorosi rizomi, habitat ideale per la colonizzazione dei microrganismi. La sinergia esistente tra le radici delle piante e i microrganismi del suolo gioca un ruolo importante nel fitorimedio dei contaminanti del petrolio.

Figura 6. Carex sp. (Carice)

La Sanguinella è una pianta resistente alle alte concentrazioni di metalli pesanti nel suolo. Infatti è stata rinvenuta tra le specie native di siti contaminati di metalli pesanti, in particolare è stata notata la resistenza su suoli ricchi di mercurio e arsenico. Questa tolleranza è dovuta alle spiccate capacità di fitoestrazione della pianta, ovvero di estrarre dal suoloi contaminati attraverso l’apparato radicale e di traslocarli attraverso i vasi xilematici 6 nei tessuti della pianta 7.

Figura 7. Cornus sanguinea (Sanguinella)

Gli Ontani sono piante particolarmente resistenti e in grado di sopravvivere in ecosistemi difficili e carenti dal punto di vista nutritivo, grazie alla capacità di instaurare rapporti di simbiosi con le comunità fungine e batteriche, quali i funghi micorrizici e gli attinomiceti azotofissatori (Frankia spp.). I funghi migliorano l’estensione delle radici, l’abilità della pianta di captare nutrienti (in particolare azoto e potassio) ma anche l’acqua, proteggono la pianta da eventuali stress abiotici e biotici e induco la produzione di fitormoni. Inoltre, si vengono a creare dei veri e proprio network (reti) ifali che consentono lo scambio di nutrienti con le piante vicine.

Figura 8. Alnus glutinosa (Ontano)

Gli equiseti sono piante appartenenti ad un antico gruppo di piante vascolari, uniche sopravvissute, risalenti a circa 400 milioni di anni fa.

Si tratta di specie erbacee, pioniere, resistenti, capaci di vegetare a diverse fasce altitudinali e quindi con grande adattabilità climatica. È una pianta particolarmente interessante soprattutto per i meccanismi con cui riesce a tollerare gli stress.

Quello principale è sicuramente l’Architettura a più livelli dei rizomi, ovvero rizomi orizzontanti e verticali a più strati fino a 2 metri di profondità.

Secernono essudati che permettono di allontanare le radici dalla contaminazione e di farle crescere addirittura contro gravità. Inoltre, la complessa strutturazione dell’apparato radicale potrebbe favorire una migliore areazione del suolo, un migliore trasporto di nutrienti e quindi favorire una maggiore concentrazione di microrganismi nella zona della rizosfera che potrebbero avere un ruolo nella decontaminazione del suolo 8

Figura 9. Equisetum arvense (Equiseto)

Conclusioni

Il sito degli affioramenti naturali di idrocarburi nel Comune di Tramutola offre spunti interessanti sulle interazioni tra la flora, la fauna e gli idrocarburi tanto da poter essere considerato un laboratorio a cielo aperto ancora in buona parte scientificamente inesplorato.

La convivenza storica e la tolleranza agli idrocarburi da parte di organismi che ‘abitano’ il sito è sicuramente connessa allo sviluppo di complessi meccanismi di adattamento.

La vigoria e l’assenza di evidenti forme di stress sulle specie che vegetano nel sito è dettata dall’influenza che gli apparati radicali delle piante hanno sulla componente microbica presente nel suolo. Le piante e i microorganismi hanno coevoluto strategie mutualmente benefiche nei confronti dei contaminanti (effetto rizosfera).

Il normale ciclo vitale del bosco non risulta essere intaccato e nella rizosfera gli idrocarburi non impediscono la germinazione, l’attecchimento di nuove piantine e di conseguenza la sopravvivenza delle specie vegetali presenti. Ciò accade perché le piante vengono definite il fegato verde, vista l’affinità che esiste tra la capacità degradativa delle piante e quella depurativa ben nota del fegato dei mammiferi. Basti pensare che sono stati trovati enzimi, come il citocromo P-450 e il glutatione S-transferasi, che nei mammiferi sono deputati alla degradazione di sostanze chimiche tossiche. Ciò implica un’enorme potenzialità delle specie vegetali identificate, utilizzabili in programmi di intervento per la bonifica ed il recupero di siti inquinati da contaminanti di varia natura, con ricadute positive sulla salvaguardia dell’ambiente e della tutela del paesaggio.

Note

  1. J.P. Van Dijk, V. Affinito, R. Atena, A. Caputi, A. Cestari, S. D’Elia, N. Giancipoli, M. Lanzellotti, M. Lazzari, N. Oriolo, S. Picone, Cento Anni di Ricerca Petrolifera – L’Alta Val d’Agri (Basilicata, Italia meridionale), Atti del 1º Congresso dell’Ordine dei Geologi di Basilicata, “Ricerca, Sviluppo ed Utilizzo delle Fonti Fossili: Il Ruolo del Geologo”, Potenza, 30 novembre – 2 dicembre 2012 (2013).
  2.  Per approfondimenti sugli affioramenti di Tramutola: https://equilibrimagazine.it/scienza/2022/10/06/manifestazioni-naturali-idrocarburi-basilicata/
  3. OMEOSTASI è l’attitudine propria degli organismi viventi a conservare le proprie caratteristiche al variare delle condizioni esterne dell’ambiente tramite meccanismi di autoregolazione.
  4. RIZOSFERA: parte del suolo attorno alle radici di una pianta dove si diffondono gli essudati radicali (sostanze organiche e inorganiche escrete dalle radici) ed è sede di importanti interazioni tra pianta e microflora del suolo.
  5. A.U. Crowe et al. Effects of an industrial effluent on plant colonization and on the germination and post-germinative growth of seeds of terrestrial and aquatic plant species, in “Environmental Pollution”, n. 117, 2002, pp. 179–189.
  6. VASI XILEMATICI: vasi conduttori che trasportano la cosiddetta linfa grezza, una soluzione di acqua e sali minerali prelevata dal suolo
  7. Petkovšek et al. Risk assessment of metals and PAHs for receptor organisms in differently polluted areas in Slovenia. Science of the Total Environment 532; 2015, pp. 404–414.
  8. S. Hwa Hong et al. Rhizoremediation of diesel-contaminated soil using the plant growth-promoting rhizobacteriumGordonia sp. S2RP-17, in “Biodegradation”, n. 22, 2011 pp. 593–601.
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