Insetticidi naturali, grandi promesse?
La convergenza metabolica secondaria, una nuova chiave di lettura
Negli ultimi anni gli insetticidi di origine vegetale, spesso denominati biopesticidi, sono tornati al centro del dibattito agricolo internazionale. La loro diffusione è stata favorita dall’inasprimento normativo nei confronti degli insetticidi di sintesi, dalla crescente richiesta di filiere a basso impatto, da prodotti a residuo zero e dalla necessità di strumenti compatibili con i principi
dell’agroecologia (Isman, 2020).
In questo scenario, i biopesticidi sono stati spesso presentati come alternative “naturali” e vengono avvertiti intrinsecamente come più sicuri. Tuttavia, un’analisi approfondita della letteratura scientifica mostra come questa equazione naturale uguale sicuro sia a volte scientificamente fragile.
La meta-analisi condotta da Turchen et al. (2020) mette in evidenza che il problema non è la scarsità di studi in merito, ma il modo in cui le ricerche sono state impostate.
Dal secondo dopoguerra a oggi, migliaia di lavori hanno analizzato l’azione di estratti vegetali, oli essenziali e metaboliti secondari singoli o in cluster, con attività insetticida. Inoltre, a partire dagli anni Novanta, la produzione scientifica in questo specifico ambito è cresciuta in modo esponenziale; tuttavia l’aumento è avvenuto solo in modo quantitativo, non è stato cioè accompagnato da un incremento delle variabili ecologiche prese in considerazione (Turchen et al., 2020).
Tutti i lavori presi in considerazione dalla meta-analisi di cui sopra (2.500 studi dal 1945 al 2019) evidenziano che la valutazione dell’efficacia degli estratti vegetali nelle più svariate forme deriva prevalentemente da lavori svolti in laboratorio e basati quasi esclusivamente su un unico parametro: la mortalità del fitofago target.
Inoltre, si evidenzia che gran parte degli studi si concentra su un numero limitato di famiglie botaniche da cui tali biopesticidi derivano, in particolare le Meliaceae, Lamiaceae, Asteraceae e Myrtaceae, generando una elevata ripetizione sperimentale e riducendo l’esplorazione della biodiversità botanica e metabolica secondaria presente nei vari territori (Isman, 2020).
Questo approccio riflette un paradigma tossicologico classico, che risulta tuttavia poco aderente al funzionamento reale degli agroecosistemi, che ricordiamo essere sistemi complessi a reazione non lineare.
Infatti, in condizioni di campo e in contesti mediterranei, caratterizzati da elevata radiazione solare, temperature alte e rapida degradazione delle sostanze, l’esposizione degli insetti target risulta discontinua e subletale.
In tali condizioni ambientali, i dati mettono in evidenza cambiamenti fisiologici e comportamentali del fitofago, con effetti non letali.
Numerosi studi dimostrano infatti che i biopesticidi possono indurre effetti subletali, quali per esempio la riduzione dell’alimentazione, l’interferenza sull’orientamento, l’alterazione dell’ovideposizione, la riduzione della fertilità e modifiche sulla comunicazione biochimica nei fitofagi target (Desneux et al., 2007; Bartling et al., 2024).
Questi effetti, pur non causando una morte immediata, possono incidere ugualmente e profondamente sulla dinamica delle popolazioni.
Inoltre va sottolineato che gli effetti subletali, nelle ricerche scientifiche, vengono sistematicamente ignorati o sottovalutati. Tale mancanza risulta particolarmente importante nella valutazione degli effetti sugli organismi non target.
Predatori, parassitoidi e impollinatori risultano infatti raramente inclusi nei protocolli sperimentali, nonostante la loro centralità nei sistemi di difesa biologica. È ampiamente dimostrato che anche insetticidi vegetali, oli essenziali ed estratti di varia tipologia, possono produrre effetti negativi, sia letali sia subletali, sugli artropodi utili, alterandone la capacità predatoria, la locomozione e l’efficienza ecologica (Giunti et al., 2022).
Queste carenze nell’osservazione scientifica del fenomeno indicano che l’uso degli insetticidi naturali come semplici “biopesticidi alternativi” dagli effetti collaterali innocui, rischia di replicare gli stessi errori concettuali commessi nelle sperimentazioni dei prodotti di chimica di sintesi. Pertanto diventa necessario un cambio di paradigma.
Una nuova chiave di lettura derivante dall’ecologia chimica e dalla biologia evolutiva può venirci in aiuto: la convergenza metabolica secondaria.
Numerosi studi dimostrano che specie vegetali evolutivamente distanti possono produrre, quando sottoposte a pressioni ecologiche simili, metaboliti secondari o gruppi funzionali identici, se non addirittura attivare medesime vie metaboliche. Questo fenomeno, noto come convergenza evolutiva metabolica, è ampiamente documentato nelle piante superiori (Pichersky & Lewinsohn, 2011).
Parallelamente, ricerche più recenti hanno mostrato come molte molecole secondarie siano condivise, o funzionalmente riconosciute, sia dalle piante sia dagli insetti fitofagi (in questo caso) da controllare.
Di fatto partiamo da un’ipotesi: la convergenza metabolica o biochimica tra pianta e insetto suggerisce che tali metaboliti non agiscano come tossine ad azione generica, ma come veri e propri segnali biologici non sempre completamente tossici all’interno di precisi percorsi ecologici (Beran et al., 2019).
D’altronde, se ci riflettiamo, in natura i metaboliti secondari non nascono per uccidere, ma per comunicare, modulare e indirizzare interazioni e comportamenti.
Composti volatili come flavonoidi, terpenoidi e fenilpropanoidi, indotti dall’azione di erbivori, svolgono ruoli chiave nella comunicazione pianta–insetto e nella regolazione della modulazione e della presenza degli insetti (McCormick et al., 2012; Heil, 2014).
Metabolismo Secondario → Segnale Biochimico → Induzione Comportamentale → Nuovo Equilibrio
Alla luce di questi ragionamenti, l’efficacia degli insetticidi naturali può essere riletta attraverso un nuovo schema concettuale.
Il metabolismo vegetale produce un insieme dinamico di metaboliti secondari, modulato dalla genetica e dall’epigenetica (ambiente).
Questi metaboliti secondari diventano segnali biochimici percepibili dagli insetti attraverso molteplici modalità: contatto, ingestione o volatilizzazione (Holopainen & Blande, 2013).
La metabolomica, su cui si basa la convergenza metabolica secondaria, supera l’etichetta della famiglia botanica di origine o della singola molecola ma arriva direttamente all’obiettivo.
In una visione quasi linguistica, permette di selezionare l’azione voluta in base alla coincidenza di specifiche firme biochimiche tra pianta e fitofago e di funzioni ecologiche condivise tra due organismi, consentendo di agire in modo specie-specifico su un target, stimolando effetti quali la repellenza, la deterrenza, l’anti-ovideposizione e altri comportamenti regolativi.
Ne deriva un paradigma più adatto a un approccio di tipo “Segnale Specifico → Comportamento Specifico”.
Si noti che tali metaboliti secondari sono diffusi negli agroecosistemi a bassissima concentrazione; pur tuttavia agiscono profondamente, inducendo risposte comportamentali significative e specie-specifiche: deterrenza alimentare, riduzione dell’ovideposizione, disorientamento e modifica dell’uso dell’habitat.
Tali risposte non determinano la mortalità, ma rimodulano la pressione reale del fitofago sulla coltura (Desneux et al., 2007).
Quando il comportamento viene modificato/rimodulato senza distruggere o influenzare pesantemente la rete trofica o il collegamento metabolico diretto tra pianta e insetto, l’agroecosistema tende verso un nuovo equilibrio funzionale, caratterizzato da minore pressione selettiva, maggiore stabilità e conservazione dei servizi ecosistemici (Isman, 2020).
L’applicazione pratica di questo paradigma consiste nel selezionare matrici vegetali ed estratti non sulla base della loro “forza tossica”, ma sulla loro selettività o coincidenza biochimica secondaria presente tra due soggetti specifici. Se uno dei due soggetti non è in grado di riconoscere la molecola (positivamente o negativamente) il meccanismo non può essere applicato. Deve pertanto esistere una biunivocità specie-specifica tra due soggetti.
L’idea pertanto è quella di utilizzare la convergenza metabolica come una sorta di laser, in grado di garantire coerenza d’azione e mira puntiforme.
In una visione biodistrettuale, questo paradigma potrebbe risultare strategico per diversi motivi:
– valorizzerebbe la biodiversità locale e le piante spontanee;
– ridurrebbe la dipendenza da input esterni;
– favorirebbe approcci a basse concentrazioni e trattamenti mirati;
– rafforzerebbe il ruolo del tecnico di campo come facilitatore di processi ecologici;
– integrerebbe difesa, fertilità e gestione del paesaggio;
Questo approccio consentirebbe di valorizzare matrici territoriali e biodiversità spontanea, rafforzando i principi dell’economia circolare.
Non si tratta quindi di “scegliere solo un prodotto naturale”, ma di scegliere un prodotto naturale specie-specifico su base metabolica secondaria presente in territorio.
Il tutto si traduce, su scala distrettuale, in una vera e propria progettazione della difesa come processo basato sulla convergenza metabolica secondaria presente in un territorio specifico, dunque coerente con clima, colture, biodiversità ed ecologia locale.
Una reale transizione ecologica non consiste nel sostituire un principio attivo con un altro, ma nel cambiare la logica con cui lo si sceglie all’interno delle caratteristiche geobotaniche di partenza, sulle quali si è costruito l’agroecosistema.
Gli insetticidi naturali, letti attraverso la convergenza metabolica secondaria, diventano strumenti di accompagnamento agroecologico, capaci di permettere un dialogo selettivo con il sistema e all’interno del sistema.
Determinando, semmai, un nuovo assetto ecologico in grado di ottenere, mirando in linea retta, un nuovo equilibrio ecologico.
Si realizza così un passaggio fondamentale: dalla difesa indiscriminata alla difesa come costruzione selettiva di un nuovo equilibrio biologico.
È in questo spazio che l’agroecologia può esprimere il suo valore più profondo: non semplificare la complessità, ma imparare a interpretarla.
Utilizzare molecole già presenti in un territorio e funzionalmente riconosciute come selettive tra due specie consente di ridurre il rischio di interferenze ecologiche indesiderate, permettendo allo stesso tempo l’impiego di basse dosi e strategie di tipo regolativo piuttosto che distruttivo.
In questo contesto, gli endpoint subletali non rappresentano un limite, ma il cuore stesso dell’efficacia. Ridurre selettivamente l’alimentazione o la fertilità di un fitofago è più sostenibile che eliminarlo completamente.
Gli insetticidi naturali restano una grande promessa per l’agroecologia, ma non perché siano “naturali”. La loro reale potenzialità emerge nel momento in cui viene individuata la loro selettività ecologica tramite la convergenza metabolica secondaria.
È pertanto necessaria, prima di un utilizzo indiscriminato dell’estratto naturale, l’individuazione della sua peculiarità d’azione e di specie. Individuazione facilmente realizzabile tramite l’uso di database pubblici e open source.
La convergenza metabolica secondaria consentirebbe di superare i limiti evidenziati dall’attuale letteratura, individuando una selettività basata sulla metabolomica, smorzando la difficoltà di trasferimento della sperimentazione dal laboratorio al campo, evitando il rischio di coinvolgimento di organismi non target e depotenziando come effetto primario la mortalità del fitofago.
In un’agricoltura del futuro orientata alla resilienza, le molecole, anche se naturali, non sono semplici sostanze attive e non lavorano singolarmente: sono informazioni biologiche.
Comprenderne il linguaggio è la chiave per trasformare la difesa fitosanitaria da atto di controllo a processo di riequilibrio.
Francesco Di Lorenzo
Agronomo
Bibliografia Essenziale
Bartling, M. T., et al. (2024).
Current insights into sublethal effects of pesticides on insects.
International Journal of Molecular Sciences, 25(11), 6007.
https://doi.org/10.3390/ijms25116007
Beran, F., Köllner, T. G., Gershenzon, J., & Tholl, D. (2019).
Chemical convergence between plants and insects: Biosynthetic origins and functions of commonsecondary metabolites.
New Phytologist, 223(1), 52–67. https://doi.org/10.1111/nph.15718
Desneux, N., Decourtye, A., & Delpuech, J.-M. (2007).
The sublethal effects of pesticides on beneficialarthropods.
Annual Review of Entomology, 52, 81–106. https://doi.org/10.1146/annurev.ento.52.110405.091440
Giunti, G., et al. (2022).
Non-target effects of essential oil-based biopesticidesfor crop protection.
Biological Control, 176, 105071. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2022.105071
Heil, M. (2014). Herbivore-induced plant volatiles: targets, perception and unanswered questions.
New Phytologist, 204(2), 297–306. https://doi.org/10.1111/nph.12977
Holopainen, J. K., & Blande, J. D. (2013). Where do herbivore-induced plant volatiles go?
Frontiers in Plant Science, 4, 185.
https://doi.org/10.3389/fpls.2013.00185
Isman, M. B. (2020).
Botanical insecticides in the twenty-first century—Fulfilling their promise?
Annual Review of Entomology, 65, 233–249. https://doi.org/10.1146/annurev-ento-011019-025010
McCormick, A. C., Unsicker, S. B., & Gershenzon, J. (2012).
The specificity of herbivore-induced plant volatiles in attracting herbivore enemies.
Trends in Plant Science, 17(5), 303–310. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2012.03.012
Pichersky, E., & Lewinsohn, E. (2011). Convergentevolution in plant specialized metabolism.
Annual Review of Plant Biology, 62, 549–566. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042110-103814
Turchen, L. M., et al. (2020).
Plant-derived insecticides under meta-analyses: status, biases and knowledge gaps.
Insects, 11(8), 532.
https://doi.org/10.3390/insects11080532
Fonte foto:
– Turchen et al. (2020) Interazione tra le famiglie botaniche e gli organismi bersaglio ottenuti dall’analisi bibliografica di articoli sugli insetticidi botanici (n = 2543);