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Cosa ci fa la caffeina nel caffè?

Le piante sono organismi sessili, termine che i biologi utilizzano per descrivere gli esseri che stanno ancorati al suolo e di conseguenza non possono spostarsi, come ad esempio anche i coralli.
Ma un organismo fissato al suolo, che non può scappare o nascondersi, come può difendersi dai predatori?
E di predatori le piante ne hanno davvero molti, basti pensare ai vermi cilindrici che minacciano le loro radici, ai grandi erbivori come bovini ed ovini ma anche a quelli molto più piccoli come le forme giovanili di molti insetti, che collettivamente chiamiamo larve e bruchi.

Le piante hanno sviluppato nei tempi e nei modi dell’evoluzione numerose strategie per sopravvivere agli attacchi dei loro predatori, come lunghe spine appuntite che feriscono chi cerca di ingerire i rametti, una consistenza fibrosa e poco appetibile o la perdita delle foglie compromesse da una infezione fungina.
Una delle strategie più versatili però è quella di produrre e accumulare nei loro organi, all’interno delle cellule che li compongono, dei metaboliti (sostanze chimiche prodotte dal metabolismo delle cellule vegetali) difensivi, che hanno cioè l’effetto di ridurre la predazione.
Alcuni di questi grazie al fatto che risultano disgustosi al palato o all’olfatto per gli erbivori (sono sostanze repellenti), altri perché hanno su di loro effetti tossici e perfino mortali.
Tra i mille esempi possibili di questo meccanismo di difesa ci interessa particolarmente la produzione di caffeina, il metabolita più famoso contenuto nel caffè e presente in molte altre piante (più di 60 specie infatti la contengono, 1), in differenti organi.
Basti pensare che alcuni dei suoi nomi alternativi sono teina, perché è contenuta anche nelle foglie della pianta del te Camelia sinensis, e guaranina perché ritrovata nella Paullinia cupana, la pianta dalla quale si ricava la bevanda energetica del guaranà.
Si tratta chimicamente sempre della medesima sostanza, che secondo la nomenclatura rigorosa adottata dai chimici per non causare fraintendimenti viene chiamata 1,3,7-trimetil-1H-purin-2,6(3H,7H)-dione, nome di difficile memorizzazione e anche pronuncia ma che per chi conosce il “linguaggio della chimica” descrive accuratamente la struttura della molecola.

Se dite ad un chimico 1,3,7-trimetil-1H-purin-2,6(3H,7H)-dione
lui capisce subito che parlate di questa molecola.

Ora, come è possibile spiegare il fatto che molte piante non strettamente imparentate tra di loro abbiano evoluto la produzione della stessa sostanza?
La spiegazione migliore sta nel fatto che sono sottoposte agli stessi pericoli, cioè la predazione da parte di erbivori di varia taglia, e che abbiano trovato nella caffeina un mezzo efficace per difendersi!

La caffeina infatti è una molecola psicoattiva, cioè capace di agire sul sistema nervoso degli esservi viventi che ne sono dotati, appunto gli animali, dando svariati effetti sul loro comportamento.
Senza entrare troppo nel dettaglio, i suoi effetti sono dovuti al fatto che la sua struttura è estremamente simile a quella di uno specifico neurotrasmettitore, l’adenosina.
I neurotrasmettitori sono delle molecole prodotte e rilasciate dalle cellule nervose per trasmettere impulsi ad altre cellule le quali, per “recepire il messaggio”, sono dotate sulla loro superficie di recettori che si legano ai neurotrasmettitori stessi.
La caffeina è così simile all’adenosina da occupare il suo posto sui suoi recettori provocando quindi l’attivazione del sistema nervoso simpatico, responsabile delle risposte fisiologiche dell’organismo che nel loro complesso sono soprannominate del “fuggi o combatti”.
È stato provato che su molti insetti e ragni questo effetto porta a comportamenti disordinati ed anche alla morte per paralisi (2,3), rivelando quindi sostanzialmente che il principale beneficio che ottengono le piante dalla produzione di caffeina è un’azione insetticida che le protegge dal pascolamento degli artropodi.

Per studiare gli effetti delle sostanze psicoattive sugli artropodi si utilizzano come organismi modello i ragni (4).
Differenti sostanze psicotrope daranno differenti effetti sulla produzione di ragnatele.
Qua una ragnatela di un ragno “sano” rispetto ad uno a cui è stata somministrata caffeina.

Non è quindi un caso che nella pianta del caffè sia presente una concentrazione maggiore di caffeina negli organi che più di tutti sono necessari alla riproduzione della pianta, cioè i frutti e i semi, e nei germogli delle piante più giovani, ancora prive di una efficace protezione meccanica.

Anche gli “animali superiori”, cioè i vertebrati, risentono degli effetti della caffeina per via del medesimo meccanismo di azione a livello molecolare.
Importanti differenze derivano però dalla differenza dei sistemi nervosi tra insetti e vertebrati come anche dal fatto che all’aumento della taglia dell’animale diventa via via maggiore la dose che sarebbe necessaria per dare degli effetti gravi, anche grazie all’attività detossificante del fegato che demolisce molte sostanze nocive trasformandole in composti meno pericolosi.
Se quindi gli uccelli e i mammiferi di piccola taglia sono ancora esposti al rischio di lasciarci la pelle per l’ingestione di eccessive dosi di caffeina (5,6), noi umani possiamo permetterci il lusso di sottoporci ad una intossicazione lieve a livelli controllati per finalità ricreative, dal momento che i suoi effetti, ben noti, sono di un aumento della capacità attentiva e del livello generale di prontezza dei riflessi che rendono la caffeina la base delle più note bevande energizzanti, una su tutte il caffè.​

Alcune curiosità
Non tutti gli insetti risentono negativamente per l’assunzione di caffeina.
Se infatti alcuni insetti predatori delle piante si sono adattati a sopportare questo pesticida naturale, per altri insetti ha addirittura un effetto simile a quello che può avere in noi umani.
La caffeina è presente infatti anche nel nettare fornito dai fiori dalla pianta del caffè, come anche in quelli di alcune altre piante come quelle di limone, con lo scopo di migliorare l’attenzione degli insetti impollinatori come le api, che si ricordano così più facilmente la posizione delle piante produttrici di caffeina per tornarci in viaggi successivi (7).​

La caffeina ha anche un effetto chiamato allelopatia, cioè viene rilasciata nel suolo da parte delle piante di caffè con lo scopo di inibire la crescita di altre piante, comprese altre piante di caffè, nelle immediate vicinanze permettendo alla pianta di avere più spazio per il suo accrescimento.

BIBLIOGRAFIA
1 –Scott GN – Which Plants Contain Caffeine? – Medscape – Mar 13, 2013.

2 – Nathanson, JA – “Caffeine and related methylxanthines: possible naturally occurring pesticides”. Science. 226 (4671): 184–7, 1984.

3 – Araque P, Casanova H, Ortiz C, Henao B, Peláez C – Insecticidal Activity of Caffeine Aqueous Solutions and Caffeine Oleate Emulsions against Drosophila melanogaster and Hypothenemus hampei – J. Agric. Food Chem., 55 (17),  2007.

4 – Noever R, Cronise J, Relwani RA – Using spider-web patterns to determine toxicity – NASA Tech Briefs. New Scientist magazine. 19 (4): 82, 1995.

5 – Paul L – Why Caffeine is Toxic to Birds – HotSpot for Birds. Advin Systems. Retrieved, 2012.

6 – http://www.petpoisonhelpline.com/poison/caffeine/

7 – Wright GA, Baker DD, Palmer MJ, Stabler D, Mustard JA, Power EF, Borland AM, Stevenson PC – Caffeine in floral nectar enhances a pollinator’s memory of reward – Science. 339 (6124): 1202–4, 2013.

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