La domanda "le piante soffrono?" non è solo filosofica: ha implicazioni etiche concrete (se le piante soffrono, l'alimentazione vegetale è eticamente problematica quanto quella animale?) e biologiche (quali sono i correlati biologici minimi necessari per la sofferenza?). La risposta scientifica attuale è che le piante hanno sistemi di rilevamento e risposta al danno tissutale che funzionalmente assomigliano alla nocicezione (la rilevazione del danno: il primo passo della catena che porta alla percezione del dolore negli animali), ma mancano delle strutture neurologiche (sistema nervoso centrale, corteccia cerebrale, sistema limbico) che negli animali sono necessarie per la trasformazione della nocicezione in esperienza soggettiva del dolore (la sofferenza). Ma questa risposta è provvisoria: la nostra comprensione della coscienza è ancora incompleta.

La risposta delle piante al danno: la nocicezione vegetale

Quando una foglia viene danneggiata (da un erbivoro, da un taglio, da un'ustione), la pianta risponde con una cascata di segnali rapidi e specifici. Segnali elettrici: Masatsugu Toyota e Takashi Ueda (Università di Tokyo, 2018) hanno pubblicato su Science uno studio in cui Arabidopsis thaliana trasgenica, con un biosensore di calcio fluorescente, mostrava onde di segnalazione del calcio che si propagavano dal sito di danno in tutta la pianta in pochi minuti, attraverso le cellule del floema. Questo segnale di calcio è analogo funzionalmente alla propagazione dell'impulso nervoso attraverso le fibre dolorifiche nei tessuti animali. Glutammato come neurotrasmettitore vegetale: la stessa ricerca di Toyota et al. ha mostrato che il glutammato (il principale neurotrasmettitore eccitatorio negli animali, usato anche dai neuroni nocicettivi) è il segnale chimico che innesca le onde di calcio nelle piante. Il taglio di una foglia libera glutammato nel floema, che attiva i recettori GLR (glutamate-like receptors) nelle cellule vicine, propagando l'onda calcio. Jasmonato (JA): l'ormone principale della risposta al danno nelle piante. Prodotto rapidamente nel sito di danno (in pochi minuti), si propaga sistemicamente attraverso la pianta attivando geni di difesa (sintesi di tossine, inibitori delle proteasi, proteine di difesa). Funziona come un "segnale di pericolo" sistemico simile, in termini funzionali, alle prostaglandine e agli oppioidi nella risposta al dolore animale.

Le piante usano gli anestetici: cosa significa?

Uno degli esperimenti più provocatori sulla percezione del dolore nelle piante è quello sugli anestetici. Monica Gagliano e colleghi (2016, Oecologia) hanno mostrato che l'etere, il cloroformio e l'isoflurano (anestetici usati in medicina umana) inibiscono la risposta dei viticci della Mimosa pudica allo stimolo meccanico (la pianta non chiude le foglie), il movimento delle piante rampicanti verso il supporto, la germinazione dei semi. La conclusione di Gagliano: le piante "rispondono" agli anestetici nella stessa direzione in cui rispondono negli animali (riduzione dei movimenti e delle risposte agli stimoli). Questo non prova che le piante siano coscienti, ma suggerisce che i meccanismi molecolari su cui agiscono gli anestetici (canali ionici, membrane lipidiche) sono conservati nelle piante e sono funzionalmente rilevanti per i loro comportamenti. La controversia: Lincoln Taiz e co-autori (Trends in Plant Science, 2019) hanno criticato duramente le interpretazioni di Gagliano, sostenendo che l'effetto degli anestetici sulle piante si spiega semplicemente con le loro azioni fisico-chimiche sulle membrane lipidiche, senza bisogno di postulare alcuna forma di sensazione o coscienza. Il dibattito continua, alimentando una ricerca molto più attenta ai meccanismi molecolari del comportamento vegetale.

L'etica vegetale: dobbiamo preoccuparci della sofferenza delle piante?

La questione etica della sofferenza vegetale è presa sul serio da alcuni filosofi morali. La posizione più cauta (consenso scientifico attuale): in assenza di evidenza di coscienza soggettiva nelle piante (che richiede sistemi neurologici di cui le piante sono prive), non abbiamo ragioni di attribuire loro la capacità di soffrire in senso morale. La risposta al danno nelle piante è meccanicistica (anche se complessa) non esperienziale. La posizione più critica (Paco Calvo, Università di Murcia; Michael Marder, filosofo): la mancanza di strutture neurologiche riconoscibili non implica necessariamente l'assenza di esperienza soggettiva. La coscienza potrebbe manifestarsi in forme molto diverse da quella umana/animale. Escludere a priori la possibilità di esperienza soggettiva nelle piante è una forma di chauvinismo neurologico. Le implicazioni per l'alimentazione: anche se accettassimo che le piante hanno qualche forma di esperienza del danno (ipotesi speculativa), non ne seguirebbe che mangiare piante è moralmente equivalente a mangiare animali. La complessità dell'esperienza (e quindi la gravità della sofferenza) è quasi certamente correlata alla complessità del sistema nervoso. Un insetto, una lucertola, un cane, un essere umano: complessità crescente della probabile esperienza soggettiva del dolore.

La Mimosa pudica: la pianta del dolore visibile

La Mimosa pudica (pianta sensibile o "touch-me-not") è la pianta più usata negli esperimenti sulla risposta al danno perché la sua risposta è visibile a occhio nudo in pochi secondi: al tocco o al danno, le foglie si chiudono rapidamente (in 1-2 secondi) e l'intera ramificazione si piega verso il basso. Il meccanismo: il tocco o il danno producono un rapido cambiamento del potenziale di membrana delle cellule del pulvino (una struttura specializzata alla base di ogni coppia di foglioline), mediato da canali ionici del calcio e del potassio. Il cambiamento di pressione osmotica nel pulvino (uscita di acqua dalle cellule motorie) causa il collasso meccanico della struttura: la foglia si chiude. Il segnale si propaga ad alta velocità (fino a 40 mm/secondo) attraverso il fusto verso le foglie vicine attraverso potenziali d'azione (variazioni elettriche delle membrane) simili agli impulsi nervosi. La funzione della chiusura: probabilmente difensiva (rendere la pianta meno appetibile all'erbivoro che l'ha toccata, simulando una pianta appassita o morta; far cadere gli insetti dalla foglia) e protettiva (ridurre la superficie esposta al vento o alla pioggia intensa). L'esperimento della memoria della Mimosa di Gagliano: nel 2014 Gagliano ha mostrato che la Mimosa habitua la risposta di chiusura dopo esposizione ripetuta allo stesso stimolo non-dannoso (caduta da un'altezza fissa). La pianta smette di chiudersi (risparmia energia) dopo aver "imparato" che la caduta non è pericolosa. L'abituazione è la forma più semplice di apprendimento. E dura per settimane.

Composti oppioidi nelle piante: un sistema di risposta al dolore?

Le piante producono alcuni composti che negli animali agiscono sul sistema oppioide (i recettori del dolore): la morfina (dal papavero Papaver somniferum) agisce sui recettori mu-oppioidi nei neuroni; la codeina (anch'essa dal papavero) è un analgesico. Negli animali, il sistema oppioide è parte del sistema di regolazione del dolore. Nelle piante, questi alcaloidi oppioidi servono probabilmente come difese chimiche contro gli erbivori (avvelenandoli o sedandoli). Ma la loro presenza nelle piante ha sollevato la domanda: le piante producono questi composti come parte di un loro sistema di risposta al dolore, o è una coincidenza evolutiva che gli stessi composti abbiano effetti sul sistema nervoso animale? La risposta più probabile: coincidenza funzionale. Gli alcaloidi oppioidi nelle piante si sono evoluti come difese chimiche, non come parte di un sistema di gestione del dolore interno alla pianta. Il fatto che agiscano sui recettori oppioidi degli animali riflette la presenza di substrati molecolari comuni (canali ionici, recettori) tra regno vegetale e animale, non la funzione dello stesso "dolore" in entrambi. Tuttavia: la domanda ha spinto la ricerca verso la scoperta di recettori analoghi al sistema oppioide nelle piante stesse, ancora in corso.

La neurobiologia vegetale e il futuro della ricerca

Il campo della neurobiologia vegetale (plant neurobiology) è ufficialmente nato come disciplina con la fondazione della Society for Plant Neurobiology nel 2005 (poi rinominata Society of Plant Signaling and Behavior per ridurre le controversie terminologiche). I temi di ricerca attivi nella neurobiologia vegetale: segnalazione elettrica nelle piante (potenziali d'azione, potenziali di variazione: misurazioni in vivo con elettrodi sempre più sensibili), calcio come secondo messaggero e segnale propagato (immagini in tempo reale con biosensori fluorescenti), ruolo del glutammato e dei recettori GLR nella segnalazione del danno, meccanismi molecolari dell'abituazione e della memoria nelle piante, psicofarmacologia vegetale (effetti di anestetici, narcotici, stimolanti sulla fisiologia vegetale). Le limitazioni della ricerca: è molto difficile distinguere tra comportamento complesso guidato da meccanismi molecolari "semplici" (programmati geneticamente) e comportamento che implica qualcosa di simile all'esperienza soggettiva. Nessun esperimento potrà mai "dimostrare" la coscienza vegetale definitivamente, perché la coscienza (anche negli animali e negli esseri umani) resta uno dei problemi irrisolti della scienza. Ma la ricerca sulla segnalazione e sul comportamento delle piante sta producendo scoperte straordinarie indipendentemente dalla questione filosofica della coscienza.