Al microscopio. Il lato inquietante delle foglie

Airone/agosto 2001

La realtà non ha più misteri? Dopo aver considerato le cose a occhio nudo e aver usato prima credenze e miti e poi le armi dell’intelligenza e della scienza per definirle e comprenderle, dal Cinquecento l’uomo si è lanciato nell’impresa di entrare negli universi grandi a dismisura o infinitamente piccoli, comunque impraticabili dalla limitata portata del proprio sguardo. Ha inventato il telescopio e il microscopio, li ha perfezionati e, osservando attraverso l’oculare, ha imparato a fare i conti con dati tanto esaltanti quanto inquietanti: esistono galassie irraggiungibili, ognuna con 100 miliardi di stelle, e dentro ad una cellula che misura la millesima parte di un millimetro ci sono altre strutture ancora più piccole: il nucleo, il vacuolo, i mitocondri, l’apparato di Golgi…
Lentamente da secoli, come se si concedesse a piccole dosi per dare tempo all’uomo di accettare disegni insondabili, la realtà continua a rivelare aspetti della sua faccia segreta. Succede per le cose inanimate, ma ancor più per il mondo vivente,   grandiosa espressione di bellezza e di funzionalità della Natura. Le foglie, per esempio. I botanici ne hanno dapprima descritto la disposizione sul fusto, l’aspetto, la consistenza, il colore, i margini, le nervature ed il picciolo. Poi, con l’avvento dei microscopi a pochi ingrandimenti, sono riusciti a rilevare sulla loro superficie la presenza di peli, di minuscole spine, di capsule contenenti essenze odorose, urticanti o velenose; nelle foglie di alcune specie, che li hanno evidenti, hanno colto l’esistenza degli stomi, sorta di bocche che assumono anidride carbonica dall’aria e rilasciano per traspirazione l’acqua assorbita in eccesso dalle radici. Molto più di recente hanno capito perché la stragrande maggioranza delle foglie è di forma piatta: per catturare il massimo di luce solare e trasformarla in energia vitale, grazie ad una sostanza organica, la clorofilla, sintetizzata in appositi organuli. Per ricordare la lezione a scuola sulla fotosintesi clorofilliana, da ragazzi tutti abbiamo immaginato nelle foglie una fabbrica che mette in moto e alimenta le piante, con tanto di meccanismi sferraglianti e sbuffi di vapore che né l’orecchio, né l’occhio umano sono in grado di cogliere, tanto meno la mente. Eravamo piccoli, ma già capivamo di trovarci alle prese con un mistero.
Approfondendo la conoscenza del Regno Vegetale, i botanici hanno poi stabilito che le foglie sono l’organo delle piante con la maggiore capacità di adattamento all’ambiente e alle funzioni necessarie per la sopravvivenza delle specie. Sono foglie trasformate per difesa le spine che ricoprono i fusti delle rose, per esigenza di accumulare riserve nutritive gli involucri (catafilli) dei bulbi di cipolla, per protezione contro il freddo i cappucci delle gemme (perule), spesso, con astuzia, spalmati di sostanze untuose o coibentati di morbida peluria per aumentare la resistenza al gelo. E sono foglie i viticci tramite i quali molte piante rampicanti dal fusto molle riescono ad ancorarsi ad altre piante per salire verso il cielo come prevede il geotropismo positivo. Secondo la teoria euantica o strobilare, tuttora accettata dalla botanica sistematica, anche i petali dei fiori sono foglie, che nella storia dell’evoluzione hanno appreso le arti della seduzione e si sono vestite di colore per richiamare gli insetti e invogliarli a compiere l’impollinazione.
Nel secolo appena trascorso il progresso della microscopia, con la possibilità di fissare in fotografia le immagini ottenute, ha svelato arcani, suffragato ipotesi, aperto nuovi scenari e posto nuovi interrogativi. Meticolose sezioni sottili di foglie, chiuse tra vetrini e ingrandite 50 o 100 volte, hanno insegnato tra l’altro che c’era ancora molto altro da vedere oltre il microscopico già reso visibile dalle moderne apparecchiature ottiche. Infine la microscopia elettronica ha dischiuso le porte di un universo che neppure la più fervida delle immaginazioni poteva intuire. Tuttavia, nel rivelare l’immensamente piccolo sta rivelando anche i suoi limiti nel comprendere la vita. Questo strumento voyeristico, questo inquisitore high-tech, espressione contemporanea dell’anelito dell’uomo a capire il come e il perché di tutto ciò che ci circonda, può ingrandire sino a 200.000 volte, ma all’ingrandimento massimo restituisce delle foglie, per quanto ad alta risoluzione e con effetto tridimensionale, immagini spappolate in evanescenti, illeggibili particelle di materia. Anche al microscopio elettronico l’essenza delle cose resta insondabile.
Gli autori delle fotografie di questo servizio si sono fermati molto prima, a circa 5000 ingrandimenti, con lo scopo dichiarato di rendere partecipi anche i non addetti ai lavori delle affascinanti espressioni della natura. Il fitto reticolo di peli argentei che ombreggiano le superfici fogliari della lavanda e le rendendono resistenti al sole più cocente; le minuscole escrescenze a forma di cappello da giullare secernenti sostanze repulsive per gli insetti, che preservano dai parassiti le foglie di tabacco; la danza di ombrellini sulla pagina inferiore delle foglie di olivo che impediscono l’evaporazione dei succhi cellulari inducono a sentimenti contrastanti. Osservando queste immagini, da una parte ci si commuove e stupisce per la capacità della natura di pensare dettagli fantasiosi con simile dovizia. Dall’altra si prova sgomento per l’inquietante mondo alieno che ci sta intorno, di cui possiamo cercare di capire la funzione, ma non il perchè sia stato creato proprio con quella forma e non con altre. Alla fine guardando queste fotografie ci si rassegna ad accettare che, per quanto l’uomo operi per la conoscenza con i mezzi più sofisticati, la realtà rimane un mistero.

Approfondimento
Nuove frontiere della microscopia
Le fotografie di questo servizio sono state scattate da Oliver Meckes e Nicole Ottawa, scienziati del laboratorio specializzato “Eye of Science” che hanno condotto la ricerca sulla struttura delle piante in collaborazione con l’Istituto di Botanica dell’Università di Monaco di Baviera. Si sono serviti di un microscopio denominato SEM (Scanning Electron Microscope), che ingrandisce da 35 a 200.000 volte e restituisce immagini tridimensionali ad alta risoluzione (esclusivamente in bianco e nero) grazie ad un sofisticatissimo sistema di lettura digitale a fasci di elettroni, che colpiscono l’oggetto analizzato in una situazione di vuoto per prevenire interferenze atmosferiche. Le scansioni elettroniche vengono lette tramite un trasduttore, elaborate e colorate al computer, utilizzando software relativamente semplici.
La tecnologia SEM, messa a punto negli anni Cinquanta, ha trovato diffusione nei laboratori di ricerca di tutto il mondo da poco più di un decennio. A fini scientifici, ma anche come controllo di qualità delle produzioni industriali, ingegneri, matematici e tecnici specializzati indagano sul contenuto delle cellule vegetali e animali, eseguono mappature ai raggi X, analizzano metalli, elementi chimici organici e inorganici, fossili e manufatti antichi, dei quali riescono a stabilire composizione e origine. Nell’ambito della biologia e delle scienze naturali attualmente sono preferiti i microscopi elettronici a scansione ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope) e a trasmissione TEM (Transmission Electron Microscope, solo per sezioni molto sottili), che differiscono per il modo con cui i fasci di elettroni esplorano l’oggetto da ingrandire.
I costi di acquisto delle apparecchiature e della loro gestione sono molto alti. Il modello base SEM vale circa 150 milioni di lire, ma equipaggiato con macchine  accessorie (quali raggi X per microanalisi e diffrattometro) supera mezzo miliardo di lire. La preparazione dei materiali da ingrandire costa circa 4 milioni di lire all’ora, richiedendo il trattamento con metalli nobili o rari (polvere d’oro, tungsteno, palladio ecc) ed è probabilmente questo il motivo per cui una tecnologia formidabile non ha ancora trovato impiego capillare anche nell’ambito del quotidiano. Sperimentalmente l’Università di Cambridge sta valutandone l’impiego in pronto soccorso per le diagnosi a distanza via Internet e l’Università di Manchester mette a disposizione i propri laboratori SEM alle aziende private, mentre alcuni musei delle Scienze mostrano i microscopi elettronici al lavoro a fini didattici (Boston, Bruxelles ecc).
Chi è interessato ad approfondire l’argomento dal punto di vista tecnico può leggere “Working with a SEM” di S. K. Chapman, Lodgemark Press, 1986. Chi invece è affascinato dalle immagini che se ne possono ricavare ha a disposizione il libro pubblicato nel 1995 dalla Columbia University Press “Small Miracles: Images from a Scanning Electron Microscope” di Dee Breger.

(grazie per il prestito delle foto solo per questa pagina a Oliver Meckes e Nicole Ottawa  di Eyeofscience di Reutlingen, Germania, www.eyeofscience.com)