Riassunti Biotecnologie ortofloricoltura

Biotecnologie per l'ortofloricoltura

Capitolo 1 – Biodiversità

Le risorse genetiche vegetali: definizioni, problematiche e strategie di salvaguardia

La più grande sfida che l’umanità deve affrontare a breve termine è quella di migliorare le condizioni di vita di circa 800 milioni di persone che non hanno accesso a un’adeguata alimentazione. Attualmente si calcola che le produzioni agroalimentari nei Paesi sviluppati dovranno essere incrementate di oltre il 60% nei prossimi 25 anni per andare di pari passo con l’aumento della popolazione. Le possibilità di aumentare la superficie delle aree destinate all’agricoltura sono limitate e la maggior parte dei sistemi produttivi naturali sono già sfruttati al massimo delle loro potenzialità. Ciò non di meno si continua ad assistere a drastici interventi di deforestazione legati all’insediamento di colture industriali altamente redditizie, ma al contempo facenti capo a poche multinazionali del cibo, come ad esempio la palma da olio (Elaeis guiniensis). Tali interventi stanno oggi rappresentando un gravissimo rischio per la sopravvivenza di molti ecosistemi naturali nelle aree tropicali del pianeta; basti pensare come la superficie investita alla coltivazione di palma da olio nei due principali Paesi produttori (Malesia e Repubblica di Indonesia) è passata da 9.910.000 Ha del 2010 a 21.118.073 Ha del 2014, con un incremento medio annuo di 552.018 Ha a carico della foresta tropicale.

È quindi necessario intensificare la produzione, incrementandone le rese, ed ottimizzare i sistemi naturali in maniera sostenibile. La buona riuscita di questa impresa dipende in larga parte dall’uso sostenibile delle risorse genetiche in agricoltura e dalla loro salvaguardia, unitamente alle specie selvatiche da cui esse derivano. Questa biodiversità fornisce la materia prima che sia agricoltori che ricercatori usano per migliorare la produttività e la qualità delle colture, attraverso l’uso delle tecniche tradizionali e delle avanzate biotecnologie, inclusa l’ingegneria genetica. La biodiversità agricola è pertanto una risorsa essenziale per garantire la sicurezza alimentare dell’umanità e lo sviluppo sostenibile dell’agricoltura. Consapevoli che il miglioramento di una specie può avvenire solo se esistono differenze tra gli individui e quindi se esiste variabilità genetica, è opportuno affrontare anche il concetto di erosione genetica; nel momento in cui la variabilità genetica all’interno di una determinata specie viene ad essere ristretta o comunque compromessa, comporta gravi rischi per la sopravvivenza della specie stessa, fino a paventarne l’estinzione.

Le cause che hanno concorso, e che concorrono, al depauperamento della biodiversità sono innumerevoli e vanno dalla costante ricerca di nuovi genotipi, legata anche alla sostenibilità delle produzioni agricole, alla standardizzazione dei prodotti agroalimentari, costantemente presenti in tutto il mondo e durante tutto l’arco dell’anno, sugli scaffali della GDO. Sussiste pertanto la necessità di salvaguardare la biodiversità agricola ed agroecosistemica affinché le risorse genetiche che hanno fatto sì che si sviluppassero le moderne varietà coltivate, e con esse gli odierni sistemi agricoli non vadano perdute e continuino a rappresentare quel serbatoio di variabilità genetica necessario al costante dinamismo del settore agroalimentare.

Il concetto di biodiversità

Il termine Biodiversità venne proposto per la prima volta da W. G. Rosen in occasione del Forum Nazionale sulla BioDiversità svoltosi a Washington nel 1986 e deriva dalla contrazione in un'unica parola dell’espressione diversità biologica. Ma bisogna attendere fino al 1988 per trovare in letteratura il termine biodiversità ad opera di O. Wilson e M.P. Peter che pubblicarono un libro dal titolo “Biodiversity”.

Oggi il termine Biodiversità assume un significato di notevole importanza, basti pensare all’anno 2010 dedicato internazionalmente dalle Nazioni Unite alla biodiversità come IYB (International Year of Biodiversity) il cui filo conduttore fu la Convenzione Onu sulla diversità biologica, firmata a Rio De Janeiro nel 1992 e non ancora applicata dai governi di tutto il mondo. Tre gli obiettivi fondamentali del documento: la conservazione della diversità biologica, l'utilizzazione durevole dei suoi elementi e la ripartizione giusta ed equa dei vantaggi derivanti dallo sfruttamento delle risorse genetiche.

A seguito della breve seppur intensa durata dell’IYB l’Assemblea Generale delle Nazioni Unite, con la risoluzione 65/161, dichiarò la decade 2010-2020 come la YDB (International Decade on Biodiversity). La UN YDB è stata intesa per offrire supporto e promuovere l’implementazione degli obiettivi del Strategic Plan for Biodiversity e dell’Aichi Biodiversity Targets con lo scopo comune, di tutti gli stati membri, di ridurre significativamente la perdita di biodiversità a livello globale.

Qualunque filiera del settore agroalimentare ha le sue fondamenta sulla relazione tra fattori biologici e mezzi e tecniche agronomiche. Questo nesso ha origini che si perdono nella notte dei tempi a partire dal processo di domesticazione di animali e piante che è da considerare lo strumento ancestrale delle produzioni agrarie. Queste, dovendo soddisfare le esigenze nutrizionali ed extranutrizionali dell’uomo, variabili nel tempo e nello spazio, affondano le loro radici in un universo di specie vegetali e animali, forme botaniche e razze identificabile con la biodiversità.

La biodiversità è stata definita dalla Commissione Europea Agricoltura come “…la variabilità della vita e dei suoi processi includente tutte le forme di vita, dalla singola cellula agli organismi più complessi, a tutti i processi, ai percorsi e ai cicli che collegano gli organismi viventi alle popolazioni, agli ecosistemi e ai paesaggi”.

La biodiversità, pertanto, facendo un’analogia matematica, può essere facilmente intesa come la covarianza di tutte le specie che popolano un determinato ecosistema, sempre dinamico nel tempo, che si influenzano reciprocamente, che risentono dell’effetto dei fattori abiotici e che rappresentano il frutto di trasferimenti naturali di geni sottoposti a verifiche combinatorie di lunga durata (ConSDABI, 2002; Matassino, 2004a). Ricordando come in statistica e nella teoria della probabilità, la covarianza di due o più variabili statistiche o variabili aleatorie è un numero che fornisce la misura di quanto queste variano assieme, ovverossia della loro interdipendenza, è possibile pertanto affermare come più ricco di variabili (organismi) sia un determinato ecosistema più dinamico questo sia e maggiori saranno le sue capacità di fronteggiare le pressioni ed i cambiamenti ambientali.

La biodiversità, quindi, è costituita dall’insieme delle differenze tra individui in rapporto al proprio assetto genetico, alle specie e agli ecosistemi. Questa, può essere considerata come una vera e propria ricchezza reale in quanto è lo strumento principe che permette alla natura di far fronte ai cambiamenti ambientali; è da considerarsi contemporaneamente come anello di congiunzione con il passato e la base del divenire biologico (Matassino, 2003).

La biodiversità biologica è l’unica che può permettere domani di disporre di “Informazioni Genetiche” atte a favorire la capacità al costruttivismo degli esseri viventi in occasioni di cambiamenti, oggi imprevedibili, sia delle condizioni ambientali sia delle esigenze di molecole “Bioattive con funzione nutrizionale” ed “Extranutrizionale” per l’uomo.

Per Norse et al. (1986) il concetto di biodiversità abbraccia tre dimensioni o livelli gerarchici:

• Diversità genetica o intraspecifica: si riferisce alla variabilità degli assetti genetici entro la specie; essa comprende la variabilità all’interno di una popolazione e quella tra popolazioni della stessa specie.
• Diversità specifica: si riferisce alla variabilità ed alla pluralità di specie e genotipi entro un’area, una regione, ed alla relazione tra le specie.
• Diversità ecosistemica: si riferisce alla differenziazione di ambienti fisici, di raggruppamenti di specie di piante di animali e microrganismi e di processi ed interazioni che ristabiliscono tra loro (Scarascia e Mugnozza, 2001).

Diversità agraria intraspecifica

L’interazione tra fattori ambientali e antropici, ha determinato anche una elevata biodiversità intraspecifica. Per ogni specie addomesticata, gli agricoltori, nel corso dei millenni, hanno diversificato migliaia di varietà adattandole per i loro fabbisogni alimentari, alle diverse condizioni ambientali. Infatti la biodiversità delle piante coltivate è andata aumentando notevolmente in quanto soggette alla loro utilizzazione in agricoltura in ambienti pedoclimatici molto diversi, spesso non curando eccessivamente la purezza delle cultivar e lasciando che esse s’incrociassero spontaneamente con le specie selvatiche affini. La variabilità intraspecifica consentiva di disporre di genotipi idonei all’ambiente colturale, resistenti agli stress ambientali e alle fitopatie, dotati di caratteri nutrizionali e caratteristiche qualitative idonee alle necessità degli agricoltori e dei mercati.

Il miglioramento delle colture agricole per aumentarne la produttività, è sempre dipeso dalla diversità genetica e quindi dalla capacità di esso di adattarsi ai cambiamenti climatici, ed è grazie all’opera di selezione operata nei millenni di storia dell’agricoltura che gran parte della biodiversità si è preservata (Menini, 1998).

Diversità agraria specifica

Nel regno vegetale, circa 350.000 specie sono state classificate. Di queste circa 80.000 sono commestibili e, nel corso della storia, l’uomo ne ha utilizzato circa 7.000 per la sua alimentazione. Oggi solo 150 specie sono coltivate e di queste, le cosiddette “colture principali”, sono circoscritte in circa 30 specie vegetali e 5 specie animali. La metà di questi stessi alimenti è fornita da sole 12 specie vegetali (riso, mais, grano, patate) e 3 specie animali (bovini, suini e pollame).

La regione mediterranea in quanto centro di origine e diversificazione di diverse specie spontanee e coltivate è una delle aree più ricche di biodiversità vegetale del mondo. L’Italia, tra i paesi dell’Unione Europea, è quello con la maggiore superficie coltivata, in termini percentuali; anche se in costante decremento, questo fattore insieme alla grande variabilità ecologica, determina una vasta diversità degli agroecosistemi e della biodiversità intrinseca.

Essa, inoltre, nella regione mediterranea, rappresenta il centro di maggiore ricchezza genetica, proprio per l’eterogeneità ambientale del territorio e della lunga e intensa storia di popoli e dominazioni portatori di grandi e spesso lontane civiltà agricole. Molte delle piante coltivate in Italia sono native dell’area, molte altre, come numerose specie di piante foraggere, medicinali e ortive, sono state domesticate nell’area.

Nell’ambito delle specie vegetali, con l’esclusione delle specie ornamentali e forestali che non rivestono interesse agricolo, il “catalogo delle specie coltivate” di Hammer e collaboratori, enumera per l’Italia 665 specie. Di queste 551 sono coltivate nel centro-nord della penisola, 521 nel sud e in Sicilia e 371 in Sardegna. Secondo i dati forniti dall’European Environment Agency – EEA, la Sicilia assieme alle altre isole tirreniche (Sardegna e Corsica), rappresenta uno dei più importanti hot spot della regione mediterranea, per quanto concerne il numero di specie incluse nell’allegato II della direttiva Habitat.

Alle specie autoctone, quindi, si sono aggiunte quelle introdotte dall’uomo nel corso dei secoli di storia, e in particolare dalle regioni che l’impero romano toccava con il suo espandersi. Si stima che almeno 360 specie sono state domesticate per la prima volta o sono state ulteriormente selezionate nel mediterraneo.

La domesticazione nell’area del mediterraneo è iniziata dopo l’introduzione di piante alimentari dal Medio Oriente tra il 5.000 e il 4.000 a.C. Diverse specie giunsero nell’area anche dalle zone centrali e settentrionali dell’Europa. Dall’Asia centrale ed Asia Minore originano alcune importanti specie, mentre il numero di elementi provenienti dal Mediterraneo occidentale è piuttosto basso. Una percentuale relativamente alta proviene dall’Africa settentrionale ed orientale, dalla Asia meridionale e dal Sud-Est Asiatico. Poche specie di minore importanza sono originarie dell’Africa meridionale. Con la scoperta dell’America, si è verificata una notevole introduzione di nuove specie, che hanno cambiato l’agricoltura e l’alimentazione dei popoli del mediterraneo. Soltanto alcune specie minori provengono dall’Australia e dalla Nuova Zelanda.

Diversità ecosistemica

La diversità ecosistemica comprende sia le grandi differenze che ci sono tra i diversi tipi di ecosistemi, sia le diversità di habitat e di processi ecologici presenti all’interno di ciascun ecosistema. È più difficile definire la diversità ecosistemica che la diversità di specie o genetica perché le linee di separazione tra comunità (associazioni di specie) ed ecosistemi sono più fluide. Siccome il concetto stesso di ecosistema è qualcosa di dinamico, e perciò variabile, esso può essere applicato a diversi livelli; tuttavia, per scopi gestionali, si usa di solito considerare gruppi di comunità molto ampie, come le foreste temperate o le barriere coralline.

Un elemento chiave nello studio degli ecosistemi è che, in natura, processi ecologici come i flussi di energia ed i cicli dell’acqua restano invariati. A livello globale, la maggior parte dei sistemi di classificazione hanno tentato di trovare un compromesso fra le complessità dell'ecologia delle comunità ed i parametri troppo semplificati di una classificazione generale degli habitat. Questi sistemi usano generalmente combinare un tipo di habitat con un attributo climatico, per esempio, foresta umida tropicale, o pascolo temperato. Alcuni sistemi inoltre comprendono la biogeografia globale per analizzare le differenze nel biota fra regioni del mondo che presentano caratteristiche climatiche e fisiche molto simili.

Allo stato attuale, la stima della diversità ecosistemica è ancora agli esordi. Tuttavia la diversità ecosistemica è una componente essenziale della biodiversità globale e, di conseguenza, dovrebbe essere presa in considerazione in ogni valutazione della biodiversità.

I centri di origine e diversificazione

I centri di origine (o centri di differenziazione) sono le aree geografiche in cui un gruppo di organismi, domesticati o selvatici, ha sviluppato originalmente le sue caratteristiche distintive (ITPGRFA). Il concetto di “Centri di origine” è stato suggerito per la prima volta da de Candolle nel 1883. Più tardi, dopo la pubblicazione del libro “Studies on the Origin of Cultivated Plants” (1926) di N.I. Vavilov, questo concetto venne accettato per la conservazione delle risorse genetiche delle piante e come un chiaro legame tra diversità genetica, il suo modello di distribuzione geografica e l'origine delle colture moderne.

Vavilov, negli anni ’20 del secolo scorso, venne incaricato dal governo sovietico di avviare un programma di profonda trasformazione dell’agricoltura che permettesse, grazie alla disponibilità di nuove risorse, un successivo progresso industriale. Egli basò la sua teoria sugli sviluppi delle teorie Mendeliane secondo cui il patrimonio genetico di una pianta fornisce il meccanismo per la trasmissione dei caratteri da una generazione all’altra. La fine di migliorare le rese delle colture agrarie russe propose di utilizzare la variabilità presente sia delle piante domesticate e migliorate nel corso della storia dall’uomo che delle specie ancestrali, mettendo a frutto sia il lavoro delle numerosissime generazioni di agricoltori sia i doni della natura.

Iniziò pertanto un lavoro di raccolta e conservazione in Russia tutto il germoplasma mondiale delle principali colture fondando il VIRV (Istituto Pan Sovietico di Coltivazione delle Piante) dove coltivò per anni numerosissime varietà di foraggi, ortaggi, cereali e frutta tratti da questa ampia raccolta. Il VIRV disponeva anche di un’ampia rete di stazioni sperimentali distribuite su tutto il territorio. Iniziò nel 1925 con le prime spedizioni in tutte le aree della Russia e, successivamente, in tutti i territori agricoli del mondo. In pochi anni vennero organizzate 200 spedizioni in 65 Paesi per portare nell’Unione Sovietica più di 150.000 campioni di semi o piante.

Durante il corso di queste spedizioni individuò ed gettò le fondamenta sul concetto dei centri geografici di variabilità delle piante coltivate e il parallelismo delle variazioni nelle specie e nelle famiglie affini (legge delle serie omologhe di variabilità). Egli individuò i centri di origine e diversificazione nelle aree dove era possibile riscontrare la massima variabilità della specie, vale a dire ove aveva potuto raccogliere materiali vegetali appartenenti alla stessa specie, ma con forme, colori, cicli vitali diversi notando come allontanandosi dai centri di origine delle colture, diminuiva la variabilità di...