Simbiosi e colonizzazione delle terre emerse da parte delle piante

Il termine micorriza, indica un'associazione tra le radici di una pianta superiore e un fungo, costituendo la forma di simbiosi mutualistica delle piante più diffusa e antica. Il termine “Mycorrhiza”, fu coniato per la prima volta da Bernhardt Frank nel 1885, il quale descrisse la morfologia di queste strutture nelle radici delle piante e ne intuì il ruolo fisiologico. Le micorrize arbuscolari (AM), sono il tipo più comune di simbiosi micorriziche. In questa simbiosi, i funghi ricevono carbonio e acidi grassi dalla pianta e forniscono in cambio nutrienti minerali (principalmente fosfati e composti dell'azoto) prelevati dal terreno attraverso il micelio fungino. Le ife contattano l'epidermide della radice, per poi penetrare nei tessuti interni della corteccia radicale, dove sviluppano strutture intracellulari molto ramificate chiamate arbuscoli. Questi sono la sede principale degli scambi di nutrienti tra i due partner. I funghi AM appartengono al subphylum Glomeromycotina, un gruppo molto antico di funghi che - come evidenziano reperti fossili, dati paleobotanici e analisi filogenetiche - ha accompagnato l'evoluzione delle piante negli ultimi 400 milioni di anni, promuovendone la colonizzazione della maggior parte degli ecosistemi terrestri. La scoperta di fossili risalenti a 400 milioni di anni fa in un sito scozzese (Rhynie), ha fornito innumerevoli informazioni su un ecosistema semi-acquatico del Devoniano. Oltre a numerosi invertebrati, i reperti conservano con un dettaglio eccezionale numerose piante e persino funghi. Proprio l'analisi microscopica di questi reperti ha evidenziato la presenza di strutture del tutto simili agli attuali arbuscoli nelle prime forme note di piante terrestri. Grazie alle analisi di 271 trascrittomi e 122 genomi vegetali, è stato inoltre possibile dimostrare che i geni della pianta che compongono la via di trasduzione del segnale che governa l'interazione con i funghi AM compaiono proprio nelle prime piante terrestri, e sono conservati almeno in parte in tutte le specie interessate da altre endosimbiosi. La convergenza di queste prove sperimentali sostiene in modo convincente l'ipotesi che la conquista dell'ambiente terrestre da parte delle prime piante sia stata coadiuvata dalla simbiosi con i Glomeromycotina e che le basi molecolari di queste antiche interazioni siano poi state mantenute e modulate per consentire altri tipi di simbiosi tra piante e microrganismi. Tuttavia, nuove analisi di reperti fossili e lo studio di associazioni simbiotiche attualmente presenti in piante basali suggeriscono fortemente che i primi gruppi di piante terrestri fossero in simbiosi anche con funghi appartenenti al subphylum Mucoromicotina, e che il passaggio dall'ambiente acquatico a quello terrestre sia stato facilitato dall'interazione con questi funghi, mentre i Glomeromycotina potrebbero essere subentrati successivamente. Entrambi i gruppi di funghi sono molto antichi e le analisi dei loro genomi ne fanno risalire la comparsa intorno a 450-420 milioni di anni fa. In conclusione, a prescindere da quale dei due gruppi possa aver avuto un ruolo primario nell'abbandono dell'ambiente acquatico da parte delle piante, pare chiaro che questo tipo di interazioni hanno fondato le basi per gli ecosistemi terrestri, plasmando di fatto il mondo che conosciamo oggi.