Può un fiore produrre un acquazzone? Le due cose sono così distanti tra loro che la risposta sembrerebbe ovvia... E invece, secondo una ricerca appena pubblicata, realizzata dall’Università del Michigan e del Texas (Usa), il polline dei fiori può inseminare l’atmosfera diventando centro di aggregazione di molecole d’acqua che poi danno origine alle nubi.
Quando il polline si "spezza". Tempo fa gli scienziati si dedicarono allo studio delle possibili ripercussioni sul tempo meteorologico prodotto dal polline che a primavera viene disperso nell’atmosfera, «ma le ricerche erano state presto abbandonate, perché si riteneva che il polline fosse troppo grande per avere influenza sul sistema climatico: troppo grande, cioè, per essere in grado di aggregare molecole d’acqua nell'aria», spiega Allison Steiner.
Così il polline non era più stato preso in considerazione da meteorologi e climatologi come elemento capace di influenzare il tempo e il clima. Ma Steiner ha ripreso in mano il problema dopo aver capito che il polline bagnato può spezzarsi in pochi secondi in un gran numero di particelle molto più piccole che si possono facilmente disperdere nell’aria.
La matematica può davvero insegnarci qualcosa della natura? O si è semplicemente adattata alle forme naturali che pretendeva di descrivere? Le forme della natura spesso fanno intravedere le corrispondenti regolarità della fisica e della matematica. Quali sono le loro leggi e i loro seguiti dunque?
Per frattali i matematici intendono tutte quelle forme geometriche con dettagli così intricati che anche con successivi ingrandimenti rimangono tali. L'esempio più eclatante? Quello del fiocco di neve.
Dal grande al piccolo, la sfera è una delle forme preferite in natura. Pianeti, lune e stelle sono in modo più o meno approssimativo delle sfere. Mettendo le cose sotto la lente d'ingrandimento però si scoprono forme anche più affascinanti.
La sfera nella foto, simile - anche in questo caso - ad una pallina da tennis, solcata da tre linee proporzionali, è un granello di polline di un fiore della passione (Passiflora). Quando uno di questi granelli, che contiene i gameti maschili, si appoggia sullo stigma di una altro fiore, ha inizio la germinazione.
Anche la vita inizia da una sfera. L'ovulo verso cui si protende lo spermatozoo è rotondo, così come sono rotonde le prime cellule che si agglomerano per dar vita "alla vita". Le primissime fasi dello sviluppo dell'embrione umano, colte da questa micrografia elettronica, compongono la cosiddetta morula: qui sono 8 le cellule, chiamate blastomeri, la cui successiva divisione permetterà la formazione delle milioni di cellule di cui è composto il feto. A questo stadio, la morula non è ancora impiantata nell'utero.
Un matematico che, invece di calcolatrice e goniometro, usa… bolle di sapone? Ebbene sì: la matematica delle bolle esiste ed è nata ufficialmente attorno al 1830 quando il fisico belga Joseph Plateau cominciò a immergere varie strutture di filo metallico in acqua e sapone. I risultati? Sorprendenti. Si pensi che se si soffia con una cannuccia in una soluzione d'acqua, gli angoli che le lamine formano sono solo di due tipi: o di 120° o di 109° 28'. Tutta la seducente geometria della schiuma sta in un'unica bolla, qui a fianco in una foto scattata con il metodo Schlieren.
Che succede quando un sassolino rompe lo specchio di un laghetto o quando le prime gocce di pioggia cadono in una pozzanghera? Si creano onde concentriche che si diramano progressivamente verso l'esterno. La simmetria che si crea in questo caso è circolare: è determinata dal fatto che le increspature generate dal sassolino o dalla goccia si propagano allo stesso ritmo in tutte le direzioni.
Foto: © Antonio Martella
La superficie della Terra è irregolare e le condizioni meteorologiche sono influenzate proprio dalla conformazione del terreno. Le montagne creano nell'atmosfera delle onde e le nubi si formano in corrispondenza dei picchi delle onde, dove l'umidità si condensa a contatto con l'aria fredda.
I treni di onde che si formano con impressionante regolarità sono visibili dai satelliti puntati sulla Terra, come Aqua della Nasa, responsabile di quest'immagine delle South Sandwich Islands. Nel Pacifico meridionale, questa catena di undici isole vulcaniche, che si estende per 400 chilometri, emerge prepotente dall'oceano: la loro altezza varia da un minimo di 551 metri ad un massimo di 1.100 e disegna in questo modo le nuvole sovrastanti.
Possibile che anche lo sviluppo delle piante segua schemi matematici precisi? Certo è che molte di esse mostrano regolarità celate nei posti più inaspettati. Pensiamo per esempio ai numeri speciali (i cosiddetti numeri di Fibonacci) che ricorrono in molte strutture naturali come i fiori di giglio che hanno 3 petali o margherite e girasoli che possono averne 34, 55 o 89. I numeri di Fibonacci sono gli elementi di una sequenza numerica in cui ogni numero a partire dal terzo è la somma dei due precedenti (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34). Furono scoperti da Leonardo Pisano, detto Fibonacci, agli inizi del '200, osservando il mondo in cui si riproduceva una colonia di conigli. Difficilmente in natura troverete fiori con un numero di petali diverso da un numero di Fibonacci.
Foto: © Yll
Un mollusco che costruisce la sua casa seguendo una configurazione matematica? Sembra proprio di sì a vedere la conchiglia del nautilo: avvolta a spirale piana, è composta di celle curve che si avvolgono verso il centro e che si formano man mano che la creatura aumenta le sue dimensioni nella crescita. Il risultato è una spirale logaritmica perfetta. Oltre alla forma, i matematici hanno studiato le configurazioni che ornano le conchiglie: i motivi di molte conchiglie che sembrano irregolari sono infatti regolati da semplici regole matematiche secondo cui si depositano i pigmenti.
Abbiamo spesso notato come la bellezza nell'uomo sia frutto di complesse simmetrie. Anche il regno animale è caratterizzato specialmente da una simmetria, quella bilaterale, detta anche simmetria speculare in cui il lato sinistro e quello destro sono identici a meno di una riflessione. Pensiamo solo ad una farfalla in cui ogni ala reca l'immagine speculare del disegno presente sull'altra. Ma non ci sono solo riflessioni. Nella stella marina (Fromia monilis) qui a fianco, per esempio, si può vedere una simmetria di rotazione: ruotandola di cinque posizioni diverse, la stella mantiene infatti lo stesso aspetto.
Il cielo si muove con una regolarità che ha appassionato e ispirato l'uomo fin dall'antichità. A guardarci bene però il nostro sistema solare è regolato da un misto di caos e ordine. Si pensi agli spettacolari anelli di roccia che fluttuano attorno a Saturno. Si tratta di un sistema complicatissimo di anelli sottili (composti di rocce e ghiaccio), spazi vuoti e altre irregolarità. Gli spazi vuoti non sono casuali, ma determinati dalle perturbazioni dei satelliti che ruotano attorno al pianeta. Un astronomo britannico, Carl Murray, ha dimostrato che esiste una relazione matematica tra la massa del satellite e l'ampiezza del vuoto lasciato, che per l'esattezza è proporzionale ai 2/7 della massa.
Perché il manto di certi animali è coperto da geometriche strisce o costellato di macchie? La tigre (Panthera tigris altaica) nella foto, ma anche pesci, zebre e farfalle, si sono coperti di strisce per motivi evolutivi, per mimetizzarsi e meglio adattarsi nel proprio ambiente naturale. Nel 1956, il matematico inglese Alan Turing elaborò complesse equazioni matematiche sulla modalità di diffusione delle sostanze chimiche (e dei pigmenti) nei tessuti: secondo queste teorie queste sostanze (dette morfogeni, cioè creatori di forme) reagiscono tra di loro e si dispongono in configurazioni spontanee, ma non casuali. Certo i modelli di Turing erano un po' troppo scollati dalla realtà biologica, ma rappresentano l'ennesimo tentativo di usare la matematica per spiegare la bellezza della natura.
Come ali di farfalla... In laboratorio, Steiner ha predisposto una serie di test su pollini di piante note per essere particolarmente fastidiose per chi soffre di allergie, come l’ambrosia, la quercia e la betulla: i granuli, imbevuti d'acqua, sono stati nebulizzati (spruzzati) nell'aria.
Il polline si è frammentato in particelle da 50 a 200 nanometri (milionesimi di millimetri), dimensioni che permettono alle microspore - quando sospinte dal vento - di sollevarsi per centinaia di metri dal suolo e diventare così un aggregante delle molecole di acqua.
Anche il polline dunque, così come la polvere, può essere in certi periodi dell’anno un veicolo di formazione delle nubi. È una scoperta importante perché, vista la quantità di polline che entra in atmosfera, la sua presenza deve d'ora in poi essere presa in considerazione nel formulare previsioni meteorologiche e climatologiche.
È vero, le piante carnivore sono vegetali che mangiano gli animali. Nella maggior parte dei casi si nutrono di insetti. E non lo fanno per cattiveria, ma per necessità. La loro strana alimentazione è dovuta al terreno su cui crescono: rocce, paludi e torbiere aride, dove mancano gli elementi necessari al loro nutrimento. Per sopravvivere, quindi, le poverine sono costrette a ingurgitare anche un po' di proteine animali.
Ciò non toglie che alcune di queste piante abbiano un aspetto un po’ poco rassicurante. Come la Darlingtonia cali fornica, la cui “lingua” (la foglia rossastra) somiglia alla lingua biforcuta di un serpente. Non per niente nel Nord America, dove cresce, è stata soprannominata cobra lily (pianta cobra).
Confrontala con un cobra vero
Foto: © Barry Rice
Se provate a immaginare una pianta carnivora probabilmente la prima cosa che vi viene in mente sono le “fauci” spalancate. Queste chiuse sono della cosiddetta Venere acchiappamosche (Dionaea muscipula), qui immortalata durante… il pranzo.
Questa pianta, diffusa soprattutto negli Stati Uniti, è così famosa per le sue foglie "dentate" che funzionano a tagliola (come una trappola per topi a scatto).
Basta che un insetto sfiori uno dei sensibilissimi peli presenti sulle foglie e in meno di un secondo il malcapitato si ritrova imprigionato.
Ma il "lavoro" non è ancora finito. Anche se gli aculei sembrano denti la pianta non può masticare. E per mangiare tutto l'insetto ci vorranno un po' di giorni. La dionaea secerne, infatti, degli enzimi che assimilano il pasto molto lentamente.
Non è un water ma una Nepente del Madagascar (Nephentes madagascariensis). La parte sottostante è un ascidio, una foglia-contenitore con il bordo particolarmente viscido e scivoloso. Gli ignari insetti, attratti dal profumo della pianta, poggiandovisi sopra, scivolano, precipitando dentro. E come nei peggiori film dell'orrore, in fondo al "pozzo" la preda finisce in un liquido in cui viene digerita. Oppure conservata per i pasti successivi, grazie a speciali sostanze antibatteriche.
Sempre un ascidio, ma decisamente più allungato, è l’arma letale di un’altra famiglia di piante carnivore: quella delle Sarracenie (nella foto una Sarracenia alata) che sembrano enormi coni gelato (sono alte 1 metro). Le saracenie crescono su terreni umidi e paludosi dove c'è talmente tanto cibo che possono permettersi perfino di vivere in colonie numerose come questa.
E da mangiare non manca per nessuno. Alcuni ragni (quando non diventano loro stessi prede) hanno imparato a convivere con la pianta e anzi a trarne beneficio. Si piazzano sul bordo dell'ascidio, attenti a non scivolare, e quando riescono "rubano" qualche insetto intrappolato dalla temutissima pianta.
© Barry Rice, sarracenia.com
Avete presente la carta moschicida? La trappola dei questa Drosera binata si basa su un meccanismo molto simile. Le sue foglie sono coperte da tanti piccoli “tentacoli” appiccicosi capaci di catturare, uccidere e digerire le prede. E come tutti i tentacoli che si rispettino, anche questi sono dotati di una certa mobilità. In alcuni casi, possono addirittura ruotare di 180 gradi, pur di avvinghiarsi attorno al malcapitato di turno.
Ma non tutte le prede sono innocue. Esistono degli insetti parassiti capaci di infestare le piante carnivore, nonostante il rischio di essere ingeriti o meglio digeriti.
© Barry Rice, sarracenia.com
Un po’ più “pigra” della Drosera ma altrettanto affamata è questa Drosophyllum lusitanicum. Anziché usare i tentacoli o spalancare "fauci" cattura gli insetti con una colla secreta dalle ghiandole (quelle rosse nella foto). Una volta appiccicate, le sue vittime non possono più liberarsi e si divincolano fino a morire per sfinimento.
Altre piante invece, per variare il solito menù a base di insetti, si sono adattate a una dieta mista. Molte specie del genere Pinguicola, ad esempio, intrappolano non solo moschini e mosche, ma anche alcuni grani di polline trasportati dal vento. E il polline da solo costituisce circa la metà del suo intero fabbisogno proteico.
© Barry Rice, sarracenia.com
Non se la passano meglio gli insetti delle paludi. Anche sott’acqua le piante carnivore possono agire, con vari trucchetti.
La rarissima Aldrovanda vesiculosa (nella foto) "caccia" con piccole trappole a scatto.
Oppure l'Utricularia munita di tanti sacchettini "sottovuoto" non più grandi di 2 millimetri. Appena vengono sfiorati, questi si aprono risucchiando i malcapitati animaletti che nuotavano troppo vicino alle sue foglie.
© Barry Rice, sarracenia.com
Dopo tanta fatica per acciuffare le prede, lasciarle sfuggire sarebbe un vero peccato. Ecco perché questo Cephalotus follicularis ha l’orlo dell’ascidio “tappezzato” di spine aguzze rivolte verso l’interno. Aculei con cui punzecchia gli insetti intrappolati ogni qual volta provano a scappare.
Ma nel vargiegato mondo delle piante carnivore non mancano nemmeno le incantatrici. La Darlingtonia californica, disorienta le sue vittime con una serie di “illusioni ottiche”. Sulle pareti di questa pianta alcune piccole fessure fanno passare la luce del sole. Gli insetti pensano di trovarsi di fronte a una via d'uscita e ci vanno a sbattere contro. In questo modo rimbalzano, cadendo sul fondo.
Ma c'è anche chi per le piante carnivore "lavora". Come la formica gigante del Borneo (Camponotus sp.) che qui nuota sul fondo di un ascidio accanto a uno sfortunato insetto morto. La formica "spazzina" si nutre degli avanzi nuotando e mangiando senza correre rischi. E il favore è reciproco: troppi resti in putrefazione possono infettare la pozza digestiva della pianta.
Altre formiche più “fifone” mandano in avanscoperta una sfortunata compagna che funge da esca. Se questa non torna le altre non si avventurano. A volte però il trucco non funziona e la formica esploratrice, superata la prova, porta le fiduciose compagne. Così il lauto pranzo per la pianta è assicurato.
"Donna strangolata da una pianta in Madagascar". Chissà che spavento si presero i lettori leggendo quasta notizia su un giornale australiano nel 1881!
A sostenerlo era un esploratore tedesco che raccontava di aver assistito alla scena durante una cerimonia sacrificale in Africa. Si trattava naturalmente di una bufala colossale.
Anche se qualche pianta mangia-mammiferi esiste. È la Nepenthes rajah (nella foto), nel cui ascidio – un “pentolone” di 2 litri e mezzo di capienza – una volta sono stati ritrovati due ratti morti. Sembra inoltre che la mangiona gradisca anche rane, lucertole e piccoli uccelli. Si tratta comunque di casi molto rari che riguardano per lo più animali deboli o malati.
© harald_kirr
Nonostante i trattamenti di riguardo riservati agli impollinatori, capita a volte che qualche ape incauta ci rimetta la pelle.
Anche questa che passeggia tranquilla sull’orlo di una Sarracenia flava è sulla buona strada. Perché ad attenderla, oltre al fondo velenoso dell'ascidio, c’è un’altra spiacevole “sorpresa”. Il nettare della pianta è “corretto” con la coniina, un alcaloide tossico presente anche nella cicuta, che stordisce la preda per farla cadere più facilmente sul fondo dell’ “imbuto”. Le vittime così passano in breve dal sonno alla morte.
La ricerca dimostra, ancora una volta, che vale una regola fondamentale: un piccolissimo cambiamento nell'atmosfera (come la presenza di granuli di dimensioni nanometriche) può portare mutamenti su vasta scala. Come ci ricorda una delle tante varianti di un vecchio aforisma: una farfalla batte le ali a Pechino e a New York arriva la pioggia invece del sole.
