Le foreste del Pianeta hanno sete. Una delle crisi sistemiche dell’immediato futuro è la siccità. Negli Stati Uniti Occidentali (una area geografica che comprende California, New Mexico, Idaho e Oregon) è in corso, secondo una ricerca appena pubblicata, la prima mega-siccità innescata dal cambiamento climatico degli ultimi 1200 anni. Un evento acuto che sarebbe cominciato nel 2000, e cioè venti anni fa, con una diminuzione progressiva delle precipitazioni.

Le domande che circondano una situazione di questo tipo, non solo negli Stati Uniti, ruotano attorno alla tenuta degli ecosistemi e delle specie vegetali e animali che li popolano di fronte ad alterazioni così severe e prolungate. 

“Gli impatti di un Pianeta più caldo non sono più proiettati nel futuro. Sono già qui. Mentre il Pianeta diventa più caldo, gli effetti dello stress termico da calore sugli organismi che tentano di sopravvivere oltre le temperature per cui si sono evoluti diventa sempre più evidente. Dagli insetti alle barriere coralline, fino all’intera biodiversità e agli ecosistemi, i ricercatori scrivono la cronaca delle conseguenze dello stress da calore con temperature record”, ha scritto Jim Robbins sul blog della Università di Yale. 

SCIENCE ha dedicato alla siccità uno speciale, uscito lo scorso 16 aprile. Uno studio firmato dai ricercatori di 4 università – University of Tasmania (Australia), University of Minnesota (USA), Université Clermont Auvergne (Francia) e Western Sidney University (New South Wales, Australia) – fa il punto su un altro tipo di stress ecologico: lo stress idrico estremo delle foreste. 

Il paper (Hanging by a thread? Forests and drought) analizza infatti la sensibilità del sistema vascolare degli alberi in condizione di siccità critiche: “il corso estremamente rapido del cambiamento climatico – scrivono gli autori – sembra stia introducendo una enorme instabilità nei tassi di mortalità delle foreste, a livello globale”. 

La ricerca insiste su un aspetto evolutivo particolarmente importante per capire i motivi intrinseci alla biologia degli alberi che rendono le foreste della Terra così pericolosamente esposte al crescere delle temperature. 

Alcuni dei meccanismi che regolano il metabolismo degli alberi, consentendo la crescita del fusto e favorendo la resilienza alla penuria di acqua, possono amplificare in negativo la reazione fisiologica dell’albero ad una condizione di drastica e prolungata assenza di acqua.

La fotosintesi ha bisogno di CO2 per produrre energia e quindi di una alto tasso di porosità delle foglie, che la assorbono insieme ai raggi solari. Ma le foglie sono anche traspiranti, rilasciano cioè vapore acqueo, e il gradiente di traspirazione aumenta al crescere delle temperature.

Se la siccità diventa severa l’albero entra più rapidamente in uno stato di stress metabolico sistemico. Gli ecologi chiamano queste interferenze tra tratti evolutivi consolidati in migliaia di anni e le attuali condizioni ambientali “conflicting selection pressure”, pressione di selezione conflittuale.

Questo stato delle cose è globale, non riguarda solo le foreste tropicali o le savane. Infatti, la distribuzione attuale delle specie di alberi negli ecosistemi della Terra riflette già il loro adattamento a precisi schemi climatici. In parole semplici, le specie di alberi e piante attualmente presenti sul Pianeta sono minacciate dal crescere delle temperature perché le loro caratteristiche metaboliche riflettono degli adattamenti evolutivi che non sono adeguati alle nuove condizioni climatiche, in trasformazione, del Pianeta.

Secondo gli autori, la futura tenuta delle foreste potrà meglio essere compresa utilizzando come indicatore il “rischio di cavitazione” delle cellule che compongono il tessuto legnoso delle piante, e cioè gli xilemi. All’interno di queste cellule funziona infatti una precisa dinamica idraulica che permette all’acqua del suolo di passare dalle radici alla chioma dell’albero.

Nella fisiologia idrica degli xilemi sta quindi anche la vulnerabilità di ogni pianta alle siccità estreme perché è nelle cellule che può innescarsi un effetto domino irreversibile che conduce alla morte dell’albero.

È questo uno scenario ormai di proporzioni globali: “La maggior parte dei dati empirici suggerisce che il declino delle foreste è già in corso. Futuri miglioramenti nella comprensione delle fisiologia degli alberi e un monitoraggio dinamico sono indispensabili per migliorare la chiarezza delle previsioni future.

E tuttavia, cambiamenti nella struttura e nella ecologia delle comunità di alberi sono ormai certi, così come lo sono le estinzioni di alcune specie di alberi per azione diretta o indiretta delle siccità e delle temperature elevate”. 

Quando le foglie traspirano di più perché le temperature sono troppo alte la tensione idrica degli xilemi diventa maggiore e più instabile. All’interno della parete cellulare dello xilema la tensione negativa genera spazi vuoti  e quindi bolle di aria, che provocano una embolia  e di quindi il blocco nel passaggio dell’acqua.

Un clima eccezionalmente caldo, unito alla siccità, compromette quindi la capacità degli alberi di distribuire l’acqua dalle radici ai rami ( water transport capacity ). A collassare è la dinamica idraulica interna dell’albero, che muore prima che tornino le piogge.

Se anche un albero sopravvive, i danni fisiologici riportati innescano degli effetti a cascata le cui implicazioni riguardano anche la capacità delle foreste di stoccare carbonio: “l’eredità di una siccità, in termini di danni e mortalità degli alberi, è spesso protratta nei mesi e negli anni successivi al picco di aridità, il che implica le ancora più complesse interazioni tra l’acqua racchiusa nelle piante e il carbonio stoccato nella pianta stessa, elementi anch’essi importanti nel processo di guarigione.

Le piogge permettono agli alberi che non hanno patito il collasso catastrofico degli xilemi di sostituire gli xilemi danneggiati attraverso la crescita di nuovo tessuto legnoso. Ma questo ha un alto costo energetico e può portare ad un depauperamento delle riserve di carbonio e quindi ad una vulnerabilità nei confronti dell’attacco degli insetti”.

Con gli attuali trend delle temperature medie globali, il range delle foreste è destinato a cambiare. Il “migration tracking” è una delle strategie evolutive con cui le specie, anche vegetali, tentano di sfuggire all’estinzione: spostandosi per seguire le condizioni climatiche ed ecologiche per cui si sono evolute.

In questo secolo sono previsti dei decisi slittamenti delle specie vegetali e arboree verso nicchie ecologiche diverse (il cosiddetto range shift). Una altra possibilità è l’adattamento alle nuove condizioni. E tuttavia “questo meccanismo di sopravvivenza è contingente alla capacità delle specie di migrare rapidamente e poche specie è verosimile saranno abbastanza veloci da tenere il passo con l’attuale velocità di riscaldamento del clima”. 

Questo significa solo una cosa: rischio di estinzione.

Un rischio che è particolarmente acuto, esattamente come accade per le popolazioni delle specie animali, perché minore è la diversità degli alberi di una specie, all’interno delle foreste, maggiore è l’esposizione agli effetti fatali delle temperature più calde.

Un altro fattore di stress ecologico per gli alberi sono i megaincendi.

“Il potenziale per i livelli di adattamento che tengano il ritmo dei cambiamenti ambientali dipende da un certo numero di fattori, inclusi i livelli di diversità genetica presente su tratti decisivi, la differenziazione tra le popolazioni di alberi che resistono e quelle che si espandono, il flusso di geni tra popolazioni”.

Gli studi disponibili su queste questioni, che ragionano cioè sui tratti genetici che regolano le dinamiche idrauliche, riguardano le conifere e le piante decidue delle latitudini temperate. La resistenza alla cavitazione degli xilemi è bassa nei pini, ma può essere più marcata nelle angiosperme come il faggio.

“Questa mancanza  di diversità genetica può limitare la capacità di adattamento alla crescente aridità per come sono distribuite le piante oggi. Le foreste con una più elevata diversità nei tratti che regolano l’idraulica degli alberi appaiono meglio attrezzate contro i cambiamenti come la quantità di acqua nel suolo e un deficit di pressione interna”.