Dalle aule e dai laboratori del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova giunge una scoperta che potrebbe riscrivere interi capitoli dei testi di biologia e, al contempo, imprimere un’accelerazione decisiva allo sviluppo di tecnologie sostenibili. Un team di ricercatori, guidato da Tomas Morosinotto e Nicoletta La Rocca, ha dimostrato che una microalga unicellulare estremamente comune, la Nannochloropsis gaditana, è capace di compiere il processo fondamentale della fotosintesi utilizzando la luce del ‘rosso lontano’ (far-red), una porzione dello spettro luminoso invisibile all’occhio umano e a bassa energia. Questa rivelazione, pubblicata sulla prestigiosa rivista scientifica «New Phytologist», scardina la convinzione, a lungo radicata nella comunità scientifica, che tale capacità fosse un’esclusiva di rari microrganismi specializzati, confinati in nicchie ecologiche estreme.
Una svolta nella comprensione della fotosintesi
Fino a pochi anni fa, il dogma scientifico sosteneva che la luce al di là dello spettro visibile (convenzionalmente tra 400 e 700 nanometri) non possedesse l’energia sufficiente per alimentare la complessa macchina molecolare della fotosintesi ossigenica, il processo che sulla Terra produce ossigeno e converte l’anidride carbonica in biomassa. La ricerca del gruppo padovano, intitolata “Thylakoids reorganization enables driving photosynthesis under far-red light in the microalga Nannochloropsis gaditana“, ha invece svelato che questa microalga, diffusa negli oceani e lungo le coste di tutto il mondo, può crescere e prosperare sfruttando fotoni a 730 nm.
La vera sorpresa, come sottolinea Elisabetta Liistro, prima autrice dello studio, risiede nel meccanismo con cui N. gaditana raggiunge questo risultato. “Abbiamo dimostrato che questa microalga è in grado di usare i fotoni far-red a bassa energia senza sintetizzare nuovi pigmenti o componenti proteici specifici come fanno solitamente gli altri organismi noti per questa capacità”. Invece di creare nuove “antenne” molecolari per catturare questa luce insolita, l’alga mette in atto una strategia di riorganizzazione strutturale tanto elegante quanto efficiente. Modifica le membrane tilacoidali all’interno del cloroplasto, il suo organello fotosintetico, e riorganizza i complessi proteici esistenti, creando grandi strutture aggregate mai descritte prima. Questo rimodellamento migliora la distribuzione e l’utilizzo della poca energia luminosa disponibile.
Implicazioni biotecnologiche: da biocarburanti a Omega-3
La Nannochloropsis gaditana non è un organismo qualunque. Con le sue dimensioni microscopiche, tra i 2 e i 4 milionesimi di metro, è da tempo al centro dell’interesse biotecnologico per le sue notevoli proprietà. È infatti una vera e propria “fabbrica” biologica, nota per la sua capacità di accumulare un’elevata quantità di lipidi, in particolare acidi grassi polinsaturi come gli Omega-3 (in particolare l’acido eicosapentaenoico, EPA), carotenoidi e vitamine. Queste caratteristiche la rendono una candidata ideale per diverse applicazioni:
- Biocarburanti di nuova generazione: L’alto contenuto lipidico la rende una materia prima promettente per la produzione di biodiesel e altri biocarburanti, offrendo un’alternativa sostenibile ai combustibili fossili.
- Nutraceutica e alimentazione: È una fonte primaria di Omega-3, acidi grassi essenziali per la salute umana, con importanti benefici per il sistema cardiovascolare e neurologico. La sua coltivazione può fornire un’alternativa sostenibile all’olio di pesce.
- Acquacoltura: Viene già utilizzata come alimento nutriente per larve di pesci e altri organismi marini negli allevamenti.
Un nuovo paradigma per la produttività e il ciclo del carbonio
La scoperta dell’Università di Padova ha implicazioni che vanno ben oltre la biologia fondamentale. Come spiega il professor Morosinotto, la comprensione di come gli organismi possano sfruttare fotoni a bassa energia è “fondamentale per modellare accuratamente il ciclo del carbonio e prevedere le rese delle colture”. Il ciclo del carbonio è il processo globale attraverso cui il carbonio viene scambiato tra atmosfera, oceani, suolo e organismi viventi, e la fotosintesi ne è un motore cruciale. Riconoscere che una gamma più ampia di luce può contribuire a questo processo significa poter affinare i modelli climatici e di produttività degli ecosistemi marini.
Inoltre, questa nuova conoscenza ha un impatto diretto sulla coltivazione di microalghe e cianobatteri in fotobioreattori industriali. In questi sistemi chiusi, le cellule crescono a densità molto elevate e spesso si creano condizioni di “auto-ombreggiamento”, dove la luce visibile fatica a penetrare negli strati più interni della coltura. La capacità di N. gaditana di utilizzare la luce rosso-lontana, che penetra più in profondità, potrebbe essere sfruttata per ottimizzare il design dei fotobioreattori e aumentare drasticamente la produttività di biomassa, rendendo la produzione di biocarburanti e altri composti di valore ancora più efficiente e competitiva.
Secondo Nicoletta La Rocca, la scoperta “apre alla possibilità che ci sia effettivamente una maggior biodiversità nella capacità degli organismi fotosintetici di adattarsi a condizioni ambientali particolari”. Suggerisce che la capacità di usare la luce a bassa energia potrebbe essere un fenomeno molto più diffuso in natura di quanto si pensasse, un capitolo ancora tutto da esplorare che promette di rivelare nuovi, affascinanti segreti del mondo vivente e di fornirci strumenti inediti per affrontare le sfide della sostenibilità energetica e alimentare del nostro futuro.