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allo smog alla scienza: come fu scoperto l'effetto miracoloso dell'etilene nel XIX secolo
L'etilene, con formula chimica CH2=CH2, è un gas idrocarburico insaturo presente in natura come ormone vegetale naturale. Si tratta del gas olefinico più semplice e del primo gas noto per agire come ormone. L'etilene agisce in tracce in tutte le fasi della vita delle piante, stimolando o regolando la maturazione dei frutti, l'apertura dei fiori, la caduta delle foglie e persino nelle piante acquatiche e semi-acquatiche, favorendo un rapido allungamento per sfuggire all'immersione, la fuga risposta. È particolarmente importante per la coltivazione del riso.
"L'etilene è un potente regolatore della crescita che influenza molti processi fisiologici delle piante."
Le celle di maturazione della frutta a fini commerciali utilizzano solitamente un "generatore catalitico" per convertire l'etanolo liquido in gas etilene. Solitamente durante il processo di maturazione, le concentrazioni di etilene rimangono comprese tra 500 e 2000 ppm per metro cubo per 24-48 ore. Durante la gassificazione nelle celle di maturazione, i livelli di CO2 devono essere attentamente controllati, poiché le alte temperature di maturazione (20°C; 68°F) possono determinare concentrazioni di CO2 del 10% entro 24 ore.
Storia
L'etilene ha una lunga storia di utilizzo in agricoltura. Gli antichi Egizi danneggiavano i fichi per favorirne la maturazione (la ferita stimola la produzione di etilene nei tessuti della pianta). Nell'antica Cina, l'incenso veniva bruciato in una stanza sigillata per favorire la maturazione delle pere. Nel XIX secolo, gli abitanti delle città notarono che le perdite di gas dai lampioni stradali stavano bloccando la crescita delle piante, facendo appassire i fiori e causando la caduta prematura delle foglie. Nel 1874, gli scienziati scoprirono che il fumo poteva far fiorire i campi di ananas. Il fumo conteneva etilene, e in seguito il fumo fu sostituito da generatori di etilene come "alcol vinilico" o "acido naftalenacetico".
"Le osservazioni del XIX secolo hanno rivelato gli importanti effetti dell'etilene presente nel fumo sulla crescita delle piante."
La ricerca scientifica sull'etilene come fattore nella fisiologia vegetale iniziò alla fine del XIX secolo. Nel 1896, il botanico russo Dimitri Nelyubov studiò i piselli e scoprì che il principio attivo del gas illuminante è l'etilene, in grado di stimolare il movimento dei piselli. Notificarono questa scoperta nel 1901. Nel 1917, Sarah Dought dimostrò anche che l'etilene contenuto nel gas illuminante poteva stimolare l'abscissione nelle piante. Gli agricoltori della Florida, che abitualmente fanno maturare i raccolti nelle serre accendendo lampade a olio, inizialmente pensavano che ciò fosse dovuto al calore. Nel 1924, Frank E. Denny scoprì che era l'etilene rilasciato dalle lampade a petrolio a favorire la maturazione e scrisse sul Botanical Journal:
"L'etilene è così efficace nell'indurre l'effetto desiderato che anche concentrazioni di appena una parte per milione nell'aria possono far diventare giallo un limone verde in circa sei-dieci giorni."
Nello stesso anno, Denny pubblicò un dettagliato rapporto sperimentale e dimostrò sperimentalmente i vantaggi dell'uso dell'etilene rispetto al petrolio. Nel 1934, il biologo britannico Richard Gang scoprì che alcune sostanze chimiche presenti nelle banane mature potevano far maturare quelle verdi e dimostrò che anche l'etilene poteva innescare questo effetto di crescita.
Percorso di sintesi dell'etilene
L'etilene viene sintetizzato da quasi tutte le parti delle piante superiori, tra cui foglie, steli, radici, fiori, frutti, tuberi e semi. La produzione di etilene è regolata da vari fattori ambientali e legati allo sviluppo. Durante la vita di una pianta, alcune fasi di crescita innescano la produzione di etilene, come la germinazione, la maturazione dei frutti, la caduta delle foglie e la senescenza dei fiori. Il percorso di sintesi dell'etilene è chiamato ciclo di Yang e si basa sui contributi chiave dello scienziato Chang Fa Yang. La sintesi dell'etilene comporta la conversione dell'amminoacido metionina in S-adenosil-L-metionina, seguita dalla produzione di acido 1-amminociclopropano-1-carbossilico tramite l'ACC sintasi, che alla fine produce etilene in presenza di ossigeno.
"La sintesi dell'etilene è indotta dall'etilene endogeno o esogeno."
La percezione dell'etilene nelle piante è regolata da un gruppo di dimeri proteici transmembrana, come la proteina ETR1 in Arabidopsis thaliana. La clonazione di questi fattori sensoriali è stata realizzata con successo in molte piante. Sono state identificate anche una serie di risposte delle piante innescate dall'etilene, tra cui l'invecchiamento del calice, la maturazione dei frutti e la crescita dei peli radicali. La scoperta di questi modelli di reazione ci porta a comprendere meglio l'impatto dei fattori ambientali e biologici sulla fisiologia delle piante.
Ricorda gli effetti dell'etilene
In agricoltura, l'etilene non solo ha un impatto positivo sulla maturazione e sulla fioritura delle piante, ma aiuta anche a superare sfide come lo stress ambientale e i danni causati dal sale. Tuttavia, una presenza eccessiva di etilene può compromettere seriamente la conservabilità della frutta, favorire l'invecchiamento dei fiori, accelerarne l'appassimento e causare perdite economiche.
"Come utilizzare efficacemente l'etilene per la crescita e la maturazione delle piante senza causare conseguenze negative resta una sfida importante che gli scienziati devono affrontare."
Sebbene la ricerca sull'etilene continui ad approfondirsi, il suo meccanismo deve essere ancora esplorato in modo più approfondito. La ricerca futura potrebbe rivelare altri misteri sugli ormoni naturali, consentendoci di ripensare a quale tipo di futuro porterà lo sviluppo scientifico della crescita delle piante?
