Per le piante legnose come questo rododendro, il momento della fioritura primaverile è un equilibrio tra massimizzare le loro stagioni di crescita ed evitare le gelate tardive. Riccardo Primack, CC BY-ND

I modelli meteorologici negli Stati Uniti sono sembrati come un giro sulle montagne russe negli ultimi mesi. Dicembre e gennaio erano significativamente più caldo della media in molte località, seguite da febbraio ondata di freddo intenso e riscaldamento drammatico.

Se hai mai visto cespugli di lillà schiacciati dai cumuli di neve, poi germogliare in una giornata calda solo poche settimane dopo, potresti chiederti come le piante tollerano tali estremi. io studio come il cambiamento climatico influisce sulla tempistica degli eventi stagionali nei cicli di vita di piante, uccelli e insetti nel Massachusetts, quindi so che le specie si sono evolute qui per gestire il clima mutevole del New England. Ma un clima caldo sta sconvolgendo i modelli meteorologici e mettendo alla prova le capacità di adattamento di molte specie.

Tollera il freddo

Nelle brutali giornate invernali, quando le temperature sono molto al di sotto dello zero, gli animali vanno in letargo sottoterra o si rannicchiano in luoghi protetti. Ma alberi e arbusti devono sedersi lì e prenderlo. I tessuti nei loro tronchi, rami e radici sono vivi. Come sopravvivono al freddo gelido?

In autunno iniziano le piante legnose in molte parti del Nord America preparandosi per l'inverno. Quando le loro foglie cambiano colore e cadono, i loro ramoscelli, rami e tronchi iniziano a perdere acqua. Di conseguenza, le loro cellule contengono concentrazioni più elevate di zuccheri, sali e composti organici.

Ciò abbassa il punto di congelamento delle cellule e dei tessuti e consente loro di sopravvivere a temperature molto al di sotto del normale punto di congelamento dell'acqua. Il trucco ha i suoi limiti, tuttavia, quindi gli eventi di freddo estremo possono ancora uccidere alcune piante.

Le radici di alberi e arbusti rimangono in gran parte invariate e inattive durante l'inverno, facendo affidamento sull'isolamento dalla neve e dal suolo per la protezione. Per la maggior parte, la temperatura del terreno attorno alle radici rimane uguale o superiore al punto di congelamento. Il suolo, le foglie cadute e gli strati di neve persistenti isolano il terreno sopra le radici e gli impediscono di disperdere calore.

Il sorprendente pericolo delle gelate primaverili

Dopo che le piante resistono stoicamente agli inverni freddi, l'inizio della primavera porta nuovi pericoli. Le piante devono sfogliare il prima possibile in primavera per sfruttare appieno la stagione di crescita. Ma questo comporta il pompaggio di acqua nelle loro foglie in via di sviluppo, che riduce la concentrazione di zuccheri, sali e composti organici nei loro tessuti e rimuove la loro protezione invernale dal freddo.

Ogni specie ha un file caratteristico tempo di sfoglia. Le specie a foglia precoce come mirtilli e salici sono i giocatori d'azzardo del regno vegetale. Le specie successive, come la quercia e il pino, sono i tipi cauti e conservatori. Per qualsiasi specie, sfogliare troppo presto è un rischio perché le gelate tardive possono danneggiare o uccidere le foglie giovani.

I fiori sono anche vulnerabili alle gelate primaverili imprevedibili perché contengono molta acqua. Se i fiori degli alberi da frutto, come le mele, vengono uccisi dal gelo, gli alberi non produrranno frutti più tardi in estate. Le gelate tardive possono anche causare stagioni di fioritura deludentemente brevi per piante ornamentali a fioritura precoce come forsizie e magnolie.

Impianto sveglia

Per proteggersi dal gelo e sfruttare ancora l'intera stagione di crescita, alberi e arbusti hanno sviluppato tre modi per sapere quando è il momento di iniziare a crescere in primavera.

In primo luogo, le piante hanno requisiti di raffreddamento invernale: mantengono la dormienza invernale fino a quando non sono state esposte a un certo numero di fredde giornate invernali. Questo tratto li aiuta a evitare di sfogliare o fiorire durante periodi anormalmente caldi in pieno inverno.

In secondo luogo, le piante hanno anche requisiti di riscaldamento primaverile che promuovono la crescita dopo aver vissuto un certo numero di giorni caldi ogni primavera. Questa caratteristica li aiuta a iniziare a crescere non appena fa abbastanza caldo.

Terzo, alcune piante hanno anche un file fotoperiodo risposta, il che significa che reagiscono al periodo di tempo in cui sono esposti alla luce in un periodo di 24 ore. Questo li prepara a sfogliare quando le giornate si allungano e diventano più calde in primavera. I faggi hanno sia un fabbisogno di riscaldamento che una risposta fotoperiodica, ma il requisito di temperatura è molto più forte, quindi iniziano a funzionare dopo pochi giorni caldi in tarda primavera.

È interessante notare che gli alberi nordamericani come l'acero rosso e la betulla nera sono più cauti e conservatori degli alberi europei e dell'Asia orientale. Il tempo nell'America settentrionale orientale è più variabile e la minaccia di gelate tardive primaverili è più alta qui che in quelle regioni. Di conseguenza, gli alberi nordamericani si sono evoluti per sfogliare poche settimane dopo rispetto ad alberi comparabili dell'Europa e dell'Asia orientale.

Il cambiamento climatico confonde i segnali

Le piante sono altamente in sintonia con i segnali di temperatura, quindi il riscaldamento guidato dai cambiamenti climatici rende più difficile per molte specie resistere al freddo invernale e alle gelate primaverili. Poiché le temperature primaverili diventano più calde rispetto al passato, alberi come mele e pere possono reagire sfogliando e fiorendo diverse settimane prima del normale. Ciò può aumentare la loro vulnerabilità alle gelate tardive.

Le foglie di questo ciliegio hanno subito danni da una gelata tardiva. Riccardo Primack, CC BY-ND

Tali gelate tardive lo sono diventando più comune perché il cambiamento climatico sta destabilizzando la corrente a getto, portandolo ad immergersi molto più a sud, portando raffiche di clima insolitamente freddo.

Nel 2007, un periodo eccezionalmente caldo a marzo ha innescato gli alberi per sfogliare negli Stati Uniti orientali e centrali. Una forte gelata in aprile ha poi ucciso le giovani foglie e fiori di querce, hickory e altre specie di alberi. Gli alberi sono stati in grado di produrre un secondo raccolto di foglie, ma non sono riusciti a sostituire completamente le foglie che avevano perso, il che molto probabilmente ha bloccato la loro crescita per quell'anno.

Anche i parassiti degli insetti rappresentano una minaccia crescente per le piante. Il rigido clima invernale tiene sotto controllo molti insetti presenti nei climi settentrionali, come cicuta lanosa adelgidi ed trivellatori di cenere di smeraldo. Man mano che gli inverni diventano più miti, questi insetti hanno maggiori probabilità di sopravvivere, spostarsi più a nord, causare gravi epidemie e danneggiare gli alberi.

Gli inverni più caldi portano anche a più giorni in cui il terreno è nudo. Gli schiocchi di neve che si verificano quando non c'è uno strato isolante di neve possono congelare il terreno e uccidere le radici. I rami degli alberi e degli arbusti poi muoiono perché le radici danneggiate non possono fornire abbastanza acqua e sostanze nutritive. In casi estremi, le piante possono morire.

La mappa delle zone di resistenza alle piante del Dipartimento dell'agricoltura degli Stati Uniti mostra che queste zone - aree in cui è più probabile che prosperano varie specie di piante - si stanno spostando verso nord mentre il cambiamento climatico riscalda gli Stati Uniti

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Nei prossimi decenni, molte specie arboree amanti del freddo come abeti rossi e abeti diventeranno meno abbondanti quando non saranno in grado di gestire nuove sfide associate a un clima più caldo. Negli Stati Uniti nord-orientali, specie autoctone come l'acero da zucchero e il faggio saranno gradualmente sostituite da specie autoctone dell'estremo sud, come querce e hickory. E specie non native, come Aceri norvegesi, stanno approfittando di queste interruzioni per disperdersi nelle foreste dai bordi delle strade e dai quartieri.

Cambiamenti simili stanno avvenendo in molti luoghi poiché il cambiamento climatico altera i segnali su cui le piante fanno affidamento per contrassegnare il mutare delle stagioni.

Circa l'autore

Richard B. Primack, professore di biologia, Boston University

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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