di Telmo Pievani
Alla scoperta di un processo chimico che ha rivoluzionato il pianeta, riempiendo l’atmosfera di ossigeno e rendendo possibile la vita come la conosciamo
La Fotosintesi
Telmo Pievani
Questo non è Gemini ma
Dal 2012 è professore ordinario presso il Dipartimento di Biologia dell'Università degli Studi di Padova[3], dove insegna Filosofia delle scienze biologiche[4], Bioetica e Divulgazione naturalistica. Dal 2016 è Delegato del Rettore per la Comunicazione Istituzionale dell’Università degli Studi di Padova. Dal 2017 al 2019 è stato Presidente della SIBE - Società Italiana di Biologia Evoluzionistica.
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Intorno a 2,4 miliardi di anni fa, i cianobatteri impararono a convertire energia solare e CO2 in composti organici. Le piante terrestri lo fanno «soltanto» da 450 milioni di anni. Attraverso la «fotosintesi ossigenica», energia luminosa venne usata per scindere l’acqua, ricavando idrogeno e assorbendo anidride carbonica per produrre (insieme ai sali) materia organica, rilasciando come scarto l’ossigeno. Come effetto collaterale contingente, in atmosfera cominciò a diffondersi un gas prima assente, assai reattivo, che favorisce la combustione. Per noi ossigeno significa vita, ma non fu sempre così.
L’evento innescò una rivoluzione: il Grande Evento Ossidativo. In centinaia di milioni di anni l’atmosfera si riempì di ossigeno, fino a quel 21% che è stabile (per nostra fortuna) da 800mila anni almeno. Si formò la fascia di ozono che ci protegge dai raggi ultravioletti. Il pianeta subì un raffreddamento drammatico, a causa della riduzione del metano atmosferico, trasformandosi in una grande palla di neve. Le forme di vita che fino ad allora avevano proliferato in condizioni anossiche furono spazzate via, perché per molte di loro l’ossigeno era un veleno, e i pochi sopravvissuti furono relegati in nicchie marginali (oggi li troviamo, per esempio, nell’intestino dei ruminanti o negli abissi oceanici). Invece altri microbi, e poi gli animali, tutto quell’ossigeno impararono a respirarlo, rilasciando come scarto acqua e anidride carbonica che viene riassorbita da fitoplancton e piante. In questo grande intreccio di cicli di regolazione biogeochimici, i microbi che sopravvissero alle oscillazioni climatiche e poi il fitoplancton crearono le condizioni che oggi ci mantengono in vita: hanno reso la Terra abitabile per noi.
La crisi dell'ossigeno e la ricetta della fotosintesi
Non dimentichiamolo mai: viviamo su un pianeta violento e imprevedibile, che non è fatto su misura per noi. Le regole fondamentali del gioco ecologico possono cambiare e gli organismi che proliferavano nel periodo precedente possono venire a trovarsi in difficoltà ed estinguersi. I dominatori del momento saranno i soccombenti alla prossima svolta planetaria. Inoltre, la crisi dell’ossigeno ci insegna che non è soltanto la vita che deve adattarsi alle pressioni selettive del pianeta, ma il pianeta stesso è stato plasmato dalla vita, in una relazione di reciproca trasformazione.
Non dimentichiamolo mai: viviamo su un pianeta violento e imprevedibile, che non è fatto su misura per noi
Torniamo allora alla ricetta, apparentemente semplice, della fotosintesi. L’acqua si scinde in ossigeno e idrogeno (un processo molto dispendioso) e quest’ultimo, opportunamente ricombinato, viene utilizzato per trasformare l’anidride carbonica in carboidrati. La ricetta sembra elementare: sei molecole di anidride carbonica e sei molecole di acqua si riorganizzano in una molecola di glucosio, rilasciandone sei di ossigeno. I fotoni diventano energia chimica.
Ma in realtà il processo non è molto efficiente (in natura la norma non è la perfezione ma il sapersi arrangiare), richiede complessi cicli di reazioni chimiche e le membrane fotosintetiche delle foglie e le clorofille sono miracoli di delicatezza e fragilità. Ecco perché è così difficile riprodurre in laboratorio la fotosintesi. Bisogna costruire una nano-architettura multistrato assai complessa per il trasferimento degli elettroni in cicli di reazioni. Inoltre, manca ancora qualche ingrediente chimico per assorbire pienamente lo spettro della luce. Nel racconto «Oro», nella raccolta «Il sistema periodico», Primo Levi definisce giustamente la fotosintesi clorofilliana una «poesia solenne, nota solo ai chimici», che andrebbe raccontata a tutto il popolo, tanto è straordinaria.
La fotosintesi clorofilliana una «poesia solenne, nota solo ai chimici»
Fu proprio Levi a sostenere che se fossimo stati capaci di addomesticarla e ripeterla in laboratorio avremmo risolto i grandi problemi dell’umanità, persino la fame nel mondo. Immaginate di tinteggiare la parete di un palazzo di periferia con una brillante vernice verde. Il sole illumina la superficie. Alcuni getti d’acqua la bagnano. La pellicola verde assorbe anidride carbonica dall’aria circostante e la mescola all’acqua grazie all’energia solare (una fonte di energia rinnovabile, migliaia di volte superiore al fabbisogno mondiale e inesauribile per i prossimi cinque miliardi di anni). Come risultato, emette ossigeno e produce alla sua base una deliziosa colata di zucchero. Non sarebbe fantastico? Potremmo affrontare in modo nuovo l’urgenza di ridurre i gas serra in atmosfera, mitigando il riscaldamento climatico causato dall’umanità. Per ora, non ne siamo capaci. In realtà, macchine meravigliose capaci di fare tutto questo, da centinaia di milioni di anni, esistono già. Si chiamano alberi. E faremmo bene a rispettarli molto di più.
Per approfondire:
P.G. Falkowski, 2015, I motori della vita, Bollati Boringhieri, Torino, 2016.
P. Levi, 1975, Il sistema periodico, Einaudi, Torino.
A. Piseri, P. Poltronieri, P. Vitale, 2020, Ritratti della natura. Lezioni di biologia, V anno, Loescher Editore, Torino.
