Caso applicativo: Ricerca genetica sul meccanismo di generazione del calore nelle piante

L’uso di termocamere può portare a una rapida scoperta di nuovi impianti esotermici

Il Kazusa DNA Research Institute è stato fondato nel 1994 come prima struttura al mondo specializzata nella ricerca correlata al DNA. Leader mondiale nelle attività di ricerca sul DNA, l’istituto ha come mission quella di contribuire ampiamente in vari settori come medicina, agricoltura, industria e istruzione.

Il Dott. Mitsuhiko Sato, un ricercatore a progetto specializzato in biologia evolutiva, cercava un metodo per osservare e registrare le variazioni di temperatura nelle piante che generano calore senza arrecare loro danni. Recentemente ha acquistato una termocamera Teledyne FLIR T530 per la sua ricerca.

Il Kazusa DNA Research Institute e il Dott. Mitsuhiko Sato

Ricerca sulle variazioni di temperatura in un cavolo puzzola, una pianta esotermica

Alcune specie di piante generano calore: ne esistono circa 90 varietà diverse in tutto il mondo. Ma poiché la temperatura è invisibile, le piante “esotermiche” che generano calore (e che non sono state ancora scoperte) potrebbero essere ancora di più. Uno dei pochi impegnati nella ricerca di piante esotermiche è il Dott. Sato, ricercatore a progetto presso il Kazusa DNA Research Institute.

“Attualmente sto studiando il Symplocarpus foetidus var. latissimus in Araceae, una specie imparentata con il cavolo puzzola. La pianta sboccia all’inizio della primavera, subito dopo il disgelo, quando la temperatura esterna è vicina allo zero”, afferma il Dott. Sato. “Tuttavia, la pianta genera calore di notte raggiungendo circa 20 gradi centigradi e mantiene tale temperatura per circa una o due settimane durante la stagione della fioritura. Come per gli animali omeotermi, possiamo parlare di piante omeoterme. Inoltre, ci sono piante, come la palma del sago (qui sotto), denominate ‘peciloterme’ poiché generano più calore quando è caldo”. Per le misurazioni nelle piante esotermiche, il Dott. Sato utilizzava tradizionalmente un data logger per termocoppie e inseriva una sonda a forma di ago nel fiore per tracciare i cambiamenti di temperatura. Tuttavia, l’inserimento della sonda nel fiore può causare la morte della pianta. Inoltre, la termocoppia con il data logger misura solo la temperatura della zona in cui viene inserito l’ago. Nella speranza di ottenere un’idea più accurata delle zone del fiore che generano maggiormente calore, senza danneggiarlo, il Dott. Sato ha deciso di acquistare una termocamera. Durante la ricerca della termocamera da acquistare, il ricercatore associato del Dott. Sato gli ha suggerito la termocamera Teledyne FLIR.

“Quando si acquistano nuove apparecchiature, è importante che queste siano in grado di riprodurre i risultati della ricerca. Il mio ricercatore associato mi ha suggerito di acquistare la termocamera Teledyne FLIR per misurare la temperatura del fiore senza danneggiarlo. Questo è il principio che sta alla base dell’acquisto di tutte le nostre apparecchiature”, afferma. “Ho partecipato a un seminario online FLIR in cui ho ricevuto istruzioni chiare e semplici su come utilizzare al meglio la termocamera. Alla fine ho deciso di acquistarla perché era facilissima da usare e perché, in quanto ricercatore, ho potuto usufruire di un prezzo scontato”.

Immagine di un fiore di palma del sago maschio. Primo piano a sinistra e immagine completa a destra

Condurre ricerche portando la termocamera nel cuore delle montagne dove le piante crescono in natura

Quando si osservano le piante, l’usabilità delle apparecchiature è un fattore importante. “Attualmente conduco ricerche nell’istituto e nelle aree circostanti, ma voglio portare le apparecchiature nei luoghi in cui le piante crescono spontaneamente, come in montagna. Sono stato colpito dalla facilità di trasporto della termocamera Teledyne FLIR”, spiega il Dott. Sato. Nella sua ricerca, il Dott. Sato utilizza sia un data logger per raccogliere dati sui cambiamenti nel tempo sia una termocamera per raccogliere immagini nitide e d’impatto.

“Quando utilizzavo solo il data logger, a volte non ero certo delle misurazioni effettuate, ma con la termocamera posso confermare le misurazioni sul momento, il che è di grande aiuto”, afferma.

Il Dott. Sato che scatta una fotografia all’esterno

Identificazione dei geni esotermici e sintesi dei risultati in una tesi

“Nelle piante esotermiche, la respirazione cellulare dei mitocondri genera energia sotto forma di calore invece che di ATP (adenosina trifosfato). Ciò significa che possiedono un meccanismo di generazione di calore nel loro genotipo, che viene interamente trasmesso di generazione in generazione. Il Kazusa DNA Research Institute è un istituto di fama mondiale specializzato in genomi vegetali e umani. Continuerò la mia ricerca per scoprire il meccanismo di generazione del calore nelle piante a livello genetico”, afferma il Dott. Sato. Una volta che i ricercatori avranno compreso meglio il meccanismo di generazione del calore, saranno in grado di riprodurlo per far sì che anche le piante non esotermiche possano generare calore. Ciò potrebbe consentire la creazione di piante dotate di una maggiore resistenza al freddo, ad esempio per la coltivazione del riso nelle regioni fredde o di manghi al di fuori delle zone tropicali. Potrebbe essere la soluzione ai problemi legati alle crisi alimentari, oltre ad avere applicazioni in agricoltura.

“Quali geni vengono utilizzati quando queste piante generano calore? Ora sto preparando una tesi utilizzando le immagini che ho scattato con la termocamera per identificare i geni esotermici”, afferma il Dott. Sato. “Mi aspetto grandi risultati dall’applicazione della termografia nella mia ricerca”, aggiunge. “Le possibilità di nuove scoperte nell’ambito della ricerca sulle piante esotermiche sono tantissime, il che condurrà ad elucidazioni e nuove conoscenze in merito”, conclude il Dott. Sato.

Termocamera professionale - FLIR T530

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