FOTOSINTESI
Il Sole e la Vita: un legame forte e indissolubile realizzato e mantenuto grazie alla fotosintesi
clorofilliana. Andiamo quindi a conoscere meglio questo piccolo capolavoro di ingegneria
biologica. La fotosintesi clorofilliana consente l’utilizzo di sostanze inorganiche semplici come
l’acqua e il biossido di carbonio per la costruzione di molecole organiche complesse come il
glucosio ed è l’unico sistema in grado di trasformare direttamente l’energia trasportata dalla
radiazione solare in energia chimica. Il meccanismo attraverso il quale di compie la fotosintesi è
stato chiarito nel corso del ventesimo secolo e può essere diviso in due fasi distinte: la fase
luminosa e la fase oscura. Durante la fase luminosa vi è produzione di energia chimica a partire da
quella solare mentre durante la fase oscura vi è produzione di glucosio a partire dall’energia
chimica accumulata in precedenza. Queste serie di reazioni chimiche avviene all’interno di
organelli cellulari chiamati ‘cloroplasti’; nelle piante i cloroplasti si trovano principalmente nelle
foglie e nelle parti verdi dei giovani fusti. Ogni cloroplasto contiene un sistema di membrane in cui
trovano posto le molecole di clorofilla. La parte di glucosio che non viene utilizzata subito come
fonte energetica può essere convertita in altri composti organici come i lipidi oppure immagazzinata
sotto forma di amido oppure ancora trasformata in cellulosa.
fotosintesi: 6CO2 + 6H2O + energia C6H12O6 + 6O2
CAMBIAMENTO NEL CORSO DEGLI ANNI
Fra cinque miliardi di anni il Sole avrà esaurito l’idrogeno, il suo principale combustibile nucleare,
e a questo punto la nostra stella avrà i giorni contati. È pur vero che i nuovi elementi che si sono
formati a partire dalla fusione dell’idrogeno (elio, berillio, boro, ossigeno, etc.) possono a loro volta
fondersi per formare elementi ancora più pesanti ma questi nuovi combustibili nucleari avranno una
durata estremamente più breve di quella dell’idrogeno. Inoltre man mano che la fusione nucleare
coinvolge elementi sempre più pesanti essa diventa sempre meno efficiente. La festa finisce quando
le reazioni di fusione producono ferro; il ferro è un materiale molto stabile dal punto di vista
nucleare e con questo elemento (e con quelli più pesanti) la fusione nucleare non è più possibile. Di
conseguenza la forza di gravità, non più contrastata dal motore interno del Sole ormai spento,
prenderà il sopravvento e comprimerà la nostra stella fino a ridurla a una sfera non più grande della
Terra; dopo di che il collasso si arresterà poiché la forza di gravità sarà equilibrata dall’enorme
pressione generata da così tanta materia confinata in uno spazio così ristretto. A questo punto inizia
un lento ed inesorabile raffreddamento che porterà ciò che resta del nostro Sole alla fase finale della
sua vita: una fredda e scura sfera di materia superdensa vagante nello spazio. Senza la luce del Sole
la vita come noi la conosciamo sarà impossibile. Anche la tecnologia umana dipende fortemente dal
Sole; infatti l’energia che otteniamo dai combustibili fossili, dai salti d’acqua, dai pannelli solari e
dalle centrali eoliche è tutta energia solare convertita. Però da circa cinquant’anni l’Uomo ha
imparato ad utilizzare una fonte di energia completamente indipendente dal Sole: ci riferiamo
all’energia nucleare. Oggi quasi il 20% dell’energia elettrica prodotta nel mondo è di origine
nucleare; gli attuali reattori nucleari basano il loro funzionamento sulla fissione nucleare ma in tutto
il mondo sono in corso studi e ricerche finalizzati alla realizzazione di reattori a fusione. Di
conseguenza una civiltà tecnologica può, almeno in linea di principio, fare a meno dell’energia del
Sole ma in un mondo del genere l’azzurro dei cieli, il cinguettio degli uccelli e il fruscio del vento
in mezzo alle foglie degli alberi saranno solo un lontanissimo ricordo.
LE ORIGINI DELLA FOTOSINTESI
L'origine della fotosintesi fu cruciale per l'evoluzione delle piante. Il batterio, Chlorobium tepidum
fu originariamente isolato in una sorgente calda della Nuova Zelanda. È un membro di una famiglia
di organismi che dipendono da composti dello zolfo per poter svolgere la fotosintesi; non hanno
bisogno di ossigeno e non lo producono come sottoprodotto. Al posto dei cloroplasti, che si
osservano nelle piante, questi batteri hanno organelli chiamati clorosomi, che aiutano a generare
l'energia attraverso una catena di trasporto di elettroni nella membrana citoplasmatica. Nei
clorosomi, la clorofilla e le molecole carotenoidi che catturano la luce sono diverse da quelle usate
da altre specie fotosintetiche. "La capacità di svolgere la fotosintesi in assenza di ossigeno ? ha
spiegato Jonathan A. Eisen, - è particolarmente importante per gli studi evolutivi, perché si crede
che l'atmosfera della Terra contenesse in principio una quantità molto piccola di questo gas. Per
questo alcuni biologi ritengono che questi batteri siano stati i primi organismi fotosintetici." Il
genoma del C. tepidum, è il primo mai completato di un batterio di questo tipo.
oppure
Le prime cellule si nutrivano delle sostanze organiche presenti nel brodo primordiale, la cui
concentrazione diminuiva lentamente. Molto probabilmente la scarsità di risorse e di energia
provocò una selezione. Alcune cellule acquisirono la capacità di trarre nutrimento da altre, mentre
altre cellule svilupparono la capacità di sintetizzare nuove sostanze organiche usando l’energia delle
ossidazioni. Ancora oggi esistono procarioti (cellule che non possiedono un vero e proprio nucleo
cellulare ma un “equivalente” nucleare) che ricavano l’energia per vivere in questo modo, i
cosiddetti batteri chemosintetici. Altre cellule poterono invece sfruttare l’energia della luce per
trasformare l’acqua e ottenere l’idrogeno riducente necessario per la fotosintesi (reazione in grado
di trasformare sostanze inorganiche semplici in sostanza organica come i carboidrati grazie
all’energia luminosa). Gli organismi viventi in grado di fare la fotosintesi liberavano però ossigeno
elementare che, a causa della sua alta affinità con le sostanze organiche, deve aver ucciso gran parte
delle forme cellulari primitiva. Sopravvissero quindi solo quelle cellule in grado di sopportare la
crescente concentrazione di ossigeno. In seguito alcuni procarioti impararono ad usare l’ossigeno
libero come mezzo ossidante per la produzione di energia. Era così comparsa la respirazione, che
dava un vantaggio enorme, potevano, infatti, procurarsi molta più energia di quella prodotta con la
fermentazione e assicurava la sopravvivenza nell’atmosfera ricca di ossigeno.
IMITAZIONE DELLA FOTOSINTESI
