L'apprendimento è tradizionalmente definito come la modifica relativamente permanente del comportamento come risultato dell'esperienza. Nei sistemi biologici dotati di sistema nervoso, si distinguono diverse forme di apprendimento: abituazione (diminuzione della risposta a stimoli ripetuti innocui), sensibilizzazione (aumento della risposta dopo stimoli nocivi), condizionamento classico (associazione tra due stimoli: Pavlov), condizionamento operante (apprendimento delle conseguenze delle proprie azioni), apprendimento cognitivo complesso. Le forme più semplici (abituazione e sensibilizzazione) sono documentate anche in organismi senza sistema nervoso (Paramecium, Physarum polycephalum): il dibattito è se le piante superino questo livello di base verso forme più complesse. La ricerca di Monica Gagliano e di altri ricercatori sta esplorando questa frontiera.

Il condizionamento pavloviano nelle piante: l'esperimento controverso

Monica Gagliano (2016, Scientific Reports) ha pubblicato un esperimento che rivendicava la prima dimostrazione di condizionamento classico (simile al condizionamento pavloviano) in una pianta, il pisello (Pisum sativum). L'esperimento: i piselli vengono esposti a un flusso d'aria (stimolo neutro) proveniente sempre dallo stesso lato in cui arriva la luce (stimolo incondizionato per il fototropismo). Dopo il periodo di condizionamento, il flusso d'aria viene presentato solo dal lato opposto alla luce. L'ipotesi: se il pisello ha associato il flusso d'aria alla luce, crescerà verso il lato del flusso d'aria (anche in assenza di luce). Il risultato: le piante condizionate tendevano a crescere verso il flusso d'aria anche in assenza di luce, a differenza delle piante non condizionate. La controversia: l'esperimento è stato replicato parzialmente ma con risultati incostanti. La metodologia è stata criticata (campione piccolo, difficoltà di controllo delle variabili confondenti). Non è ancora considerato un risultato consolidato dalla mainstream botanica. La risposta di Gagliano: i risultati sono coerenti con quanto osservato in organismi senza neuroni (Physarum). L'onere della prova per escludere l'apprendimento associativo nelle piante è sulle spalle di chi lo contesta, non solo su chi lo propone.

Adattamento anticipatorio: comportamento proattivo nelle piante

Una forma di apprendimento più documentata e meno controversa è l'adattamento anticipatorio: la capacità delle piante di modificare il comportamento presente in risposta a segnali predittivi di condizioni future. Il cosiddetto "comportamento orologio" delle piante: molte piante preparano le difese antierbivoro nelle ore del giorno in cui gli erbivori sono più attivi, anche in assenza degli erbivori stessi. Le pianticelle di tabacco producono composti fenolici difensivi con un picco nelle prime ore del pomeriggio (quando i bruchi di Manduca sexta sono più attivi) e lo fanno con anticipo rispetto all'arrivo dei bruchi: un comportamento programmato che usa l'orologio circadiano come predittore del rischio. Le radici e l'acqua: gli esperimenti di Gagliano et al. (2012, Trends in Plant Science) e di altri ricercatori mostrano che le radici di diverse specie sono in grado di "dirigere" la crescita verso fonti di acqua prima ancora di raggiungere la zona umida, rilevando segnali acustici (vibrazione a 200 Hz prodotta dall'acqua in scorrimento) a distanza. Se confermato, questo sarebbe un esempio di comportamento prospettico basato su segnali predittivi non chimici.

Il comportamento ottimizzante delle radici: un'intelligenza di allocazione

Uno degli argomenti più convincenti per una forma di apprendimento/intelligenza nelle piante è il comportamento ottimizzante delle radici nella competizione per le risorse. In condizioni di competizione con radici di altre piante: l'allocazione delle radici cambia in modo ottimizzante in risposta alla presenza dei vicini. Uno studio di Semchenko et al. (2007, Proceedings of the Royal Society B) ha mostrato che le radici di alcune specie di graminacee distinguono tra le proprie radici e quelle di altre piante della stessa specie (kin recognition) e riducono la competizione inter-individuale (producendo meno radici in sovrapposizione con quelle dei propri "parenti") mentre aumentano la competizione intraspecifica verso piante di altre specie (producono più radici in sovrapposizione). Questo comportamento differenziato (cooperare con i parenti, competere con gli estranei) richiede la capacità di distinguere tra "sé" e "altri" e di modulare il comportamento in base a questa distinzione: una forma di cognizione elementare che molti scienziati considerano notevole in organismi senza sistema nervoso.

Il Physarum polycephalum: l'intelligenza senza neuroni come modello

Per capire l'intelligenza vegetale, è utile guardare al Physarum polycephalum (il "blob" o muffa melmosa): un eucariote acellulare (una singola cellula gigante con molti nuclei) capace di comportamenti straordinariamente intelligenti nonostante l'assenza totale di neuroni o strutture nervose. Il Physarum risolve labirinti (trova sempre il percorso più corto tra due sorgenti di cibo in un labirinto), crea reti efficienti ottimizzando il trasporto di nutrienti attraverso la sua rete di tubi (la rete di trasporto del Physarum in esperimenti di laboratorio replica spontaneamente le reti metropolitane efficienti come quella di Tokyo), mostra apprendimento per abituazione (si abitua a stimoli chimici avversari innocui e li ignora), ha forma di memoria distribuita (la "memoria" delle posizioni delle fonti di cibo è codificata nella struttura della rete di tubi). Il Physarum dimostra che cognizione e problema solving complesso non richiedono neuroni: possono emergere da reti di comunicazione chimica e fisica anche in sistemi unicellulari. Questo fornisce un quadro di riferimento per comprendere come le piante, con le loro reti vascolari e i loro sistemi di segnalazione, possano mostrare comportamenti funzionalmente intelligenti senza le strutture biologiche che gli animali usano per l'intelligenza.

Critiche e limiti: cosa non sappiamo ancora

Nonostante le evidenze interessanti, ci sono limiti importanti nella ricerca sull'apprendimento vegetale che richiedono onestà intellettuale. Riproducibilità: molti degli esperimenti più spettacolari sull'apprendimento nelle piante non sono stati replicati in modo robusto da laboratori indipendenti. La scienza richiede replicabilità. Interpretazioni alternative: molti dei comportamenti attribuiti all'apprendimento nelle piante possono essere spiegati da meccanismi più semplici (oscillatori biochimici, gradient sensing) senza richiedere meccanismi di apprendimento analoghi a quelli animali. Mancanza di meccanismi molecolari chiari: per la vernalizzazione abbiamo un meccanismo molecolare preciso (il ciclo Polycomb/FLC). Per l'abituazione della Mimosa e per il condizionamento del pisello, i meccanismi molecolari non sono ancora identificati. La domanda aperta più importante: c'è qualcosa che è "come qualcosa" essere una pianta? C'è soggettività, esperienza? Qui la scienza è onesta: non lo sappiamo. E forse non lo sapremo mai con le metodologie attuali. La coscienza è il problema difficile della neuroscienza anche per gli animali: è ancora più difficile per le piante.

Implicazioni etiche: se le piante imparano, dobbiamo trattarle diversamente?

La ricerca sull'apprendimento e l'intelligenza vegetale ha implicazioni etiche che la comunità scientifica e filosofica sta cominciando a discutere. Se le piante "imparano" e "ricordano": dobbiamo tenerne conto nelle pratiche agronomiche? Nell'uso dei diserbanti? Nella monocoltura intensiva? Nel taglio delle foreste? Il filosofo Michael Marder (Plant-Thinking: A Philosophy of Vegetal Life, 2013) argomenta che l'evidenza di vita psichica nelle piante (anche non cosciente) richiede una riconsiderazione dell'etica ambientale. Peter Wohlleben (Il mondo segreto degli alberi, 2015) ha portato questa discussione al grande pubblico con un approccio divulgativo molto efficace (e criticato da alcuni per l'eccessivo antropomorfismo). La posizione scientifica più equilibrata: le piante hanno vita interiore nel senso funzionale (integrazione di informazioni, comportamento adattivo, comunicazione, priming, memoria) ma non c'è evidenza di coscienza soggettiva (esperienza qualitativa dell'ambiente). Questa distinzione è importante: non dobbiamo trattare le piante come se fossero persone, ma possiamo riconoscere la loro complessità e le loro capacità senza romanticismi e senza riduzionismi. L'agricoltura rigenerativa, la forestazione naturale, la permacultura: approcci che rispettano la complessità degli ecosistemi vegetali. Non per sentimentalismo: per efficacia scientifica.