Dispositivi elettronici indossabili svelano le vite segrete delle piante
Potrebbe sembrare che le piante non facciano niente, ma in realtà percepiscono e rispondono attivamente a un’ampia gamma di stimoli ambientali quali livelli di luce, temperatura, concentrazioni di gas, chimica del suolo e umidità, la presenza di insetti o mammiferi e altre condizioni. Molte piante utilizzano segnali elettrici transienti per controllare la velocità della fotosintesi o della respirazione, il tasso o la direzione di crescita, l’emissione di sostanze chimiche quale difesa contro gli erbivori e altre risposte fisiologiche. Gli scienziati conoscono da molti anni questi segnali, ma essi non sono stati adoperati in modo pratico a causa delle difficoltà nella loro misurazione, dato che sono minuscoli rispetto all’interferenza elettromagnetica di fondo. Il progetto di Orizzonte 2020 PhytlSigns(si apre in una nuova finestra) ha compiuto dei passi in avanti notevoli creando un dispositivo di monitoraggio a basso costo e in tempo reale per le piante basato sui segnali bioelettrici. «PhytlSigns è il primo “indossabile” per le piante, che sfrutta i segnali elettrici e li traduce in forma digitale prima di visualizzarli per ulteriori analisi. Amplificando i segnali delle piante e riducendo il rumore di fondo, ricercatori e coltivatori possono misurare le attività in risposta alle condizioni mutevoli», afferma Carrol Plummer, la coordinatrice del progetto. Opinioni dei clienti per sensori di prossima generazione Il progetto sta andando avanti con piani per commercializzare sensori in tempo reale per l’elettrofisiologia delle piante, potenziando gli studi scientifici con la ricerca nei mercati commerciali. «La nostra sfida principale è quella di determinare dei modi efficaci per creare un mercato per i biosensori di PhytlSigns, dal momento che l’elettrofisiologia della piante è relativamente sconosciuta. Abbiamo intervistato utilizzatori dei prototipi di PhytlSigns, avvalendoci dei loro commenti per perfezionare la prossima generazione di sensori per l’elettrofisiologia delle piante», spiega Plummer. I ricercatori hanno anche esaminato come i selezionatori di pomodori sviluppano nuove varietà di pomodoro e gli sviluppatori di erbicidi testano nuove formulazioni. Secondo Plummer: «Queste intuizioni ci hanno aiutato a sviluppare delle strategie per la commercializzazione efficace del nostro prodotto e hanno garantito che fossimo in grado di identificare adeguatamente il nostro mercato». Per gli sviluppatori di erbicidi, è chiaro che i dispositivi di PhytlSigns forniscono un riscontro più rapido sull’efficacia di una formulazione rispetto all’utilizzo di segnali visivi. «Esso consente al fabbricante di accorciare il ciclo di sviluppo del proprio prodotto, utilizzando il dispositivo praticamente come se fosse un ricercatore accademico. Tuttavia, i selezionatori di pomodori devono monitorare le piante per periodi molto più lunghi e vogliono una rilevazione precoce dei fattori di stress delle piante. È così che un coltivatore professionale utilizzerà i sensori», segnala Plummer. Identificati i principali benefici «La ricerca multidisciplinare è molto promettente nell’elettrofisiologia delle piante ed è alla base del progetto. Siamo molto felici di incoraggiare contatti tra documentalisti scientifici e biologi», afferma Plummer. PhytlSigns riconosce che l’utilizzo di algoritmi di apprendimento automatico fornisce importanti intuizioni quando si elaborano segnali dell’elettrofisiologia delle piante. Gli scienziati che studiano la segnalazione elettrica o l’interazione di segnalazione chimica, elettrica e idraulica saranno i primi a trarre beneficio dagli innovativi componenti elettronici e dalla sofisticata elaborazione del segnale che costituiscono i sensori di PhytlSigns. Tuttavia, l’influenza più importante deriva dall’applicazione dei sensori in tempo reale per l’elettrofisiologia della piante al fine di ridurre numero e intensità degli interventi per colture coltivate al chiuso, come pomodori, peperoni o melanzane. Le piante possono sentire molto rapidamente i cambiamenti nell’irrigazione, l’applicazione di sostanze nutritive e altre condizioni ambientali, e questi segnali possono essere interpretati dai coltivatori per ottimizzare le condizioni per le loro colture. «Questo porterà a maggiori raccolti e un minore impatto ambientale conseguente alla coltivazione di colture importanti per la catena alimentare umana», conclude Plummer.
Parole chiave
PhytlSigns, segnale, piante, bioelettrico, biosensore
