Fotosintesi, dalla luce alla vita

Durante la Fotosintesi l’energia del sole viene catturata e trasformata in energia chimica. Energia chimica significa: zuccheri (CH₂O), di cui ho narrato brevemente in un articolo ¹ precedente, ossigeno e acqua.

Inizialmente si pensava che le piante si nutrissero solo attraverso le radici, eppure, mettendo una pianta in un vaso, ci si può rendere perfettamente conto che mentre la pianta cresce, raddoppia, triplica, il terreno non perde un peso equivalente. Allora pensarono, sarà sicuramente l’acqua che fa aumentare il peso! Si vero ma non è finita qui. Si accorsero infatti che le piante producono aria, un’aria che permetteva ad un animale di rimanere in vita, e inoltre queste erano in grado di farlo solo ad opera delle parti verdi della pianta, in presenza di luce.

Quindi attorno al 1796 si misero insieme tutte le informazioni: la pianta assorbe anidride carbonica (CO₂) dall’atmosfera, questa insieme all’acqua viene utilizzata per produrre zuccheri e ossigeno (O₂).

L’equazione completa sarebbe così: CO₂ + 2H₂O + energia luminosa –> (CH₂O) + O₂ + H₂O

La fotosintesi è divisa in due parti e la luce è necessaria solo nella prima, per questo funziona tutto alla grande in un mondo fatto dal giorno e dalla notte. Tuttavia, le reazioni indipendenti dalla luce, aumentano di velocità all’aumentare della temperatura fino ai 30 °C, dopodiché diminuiscono… questo perché le reazioni biochimiche, quelle che avvengono negli esseri viventi, sono controllate dagli enzimi. Ovvero proteine, e queste a temperature troppo elevate si degradano (si pensi ad una bistecca, quando è messa sul fuoco cambia aspetto).

Ricercatori da tutte le parti del mondo stanno studiando il fenomeno, rilevando le temperature e analizzando il comportamento delle foglie al variare di queste.² In agosto di quest’anno questi studiosi hanno pubblicato su Nature, una delle più importanti riviste scientifiche i loro studi sulla fotosintesi affermando che le piante tropicali iniziano ad avere problemi nello svolgerla a circa 46.7 °C. Ciononostante, sembra che all’interno di temperature moderate, le foglie ai livelli più elevati della chioma, raggiungono ugualmente la temperatura critica per lo 0.01% del tempo. Questo causa un rallentamento della fotosintesi, la quale porta lentamente alla morte della foglia e della pianta.

Sembra una percentuale molto bassa, ma dobbiamo considerare A) un surriscaldamento globale, B) il problema della deforestazione, quindi se non si interviene prontamente le previsioni non sono positive.

È interessante come altri ricercatori, tenendo in considerazione del valore della fotosintesi come reazione chimica, abbiano pensato ad un modo per riprodurla artificialmente. Il primo esempio che vi riporto è stato pubblicato su Nature Catalysis nel 2018 da ricercatori che lavorano per tre differenti industrie tedesche, Evonik Creavis GmbH, Siemens AG, Covestro AG.³

Il loro studio fondamentalmente utilizza l’energia solare per promuovere l’elettrolisi di anidride carbonica (CO₂) ed acqua, (H₂O), per generare ossigeno (O₂) e idrogeno (H₂). L’ossigeno può essere liberato mentre l’idrogeno e la restante anidride carbonica e monossido di carbonio (CO) vengono sottoposti ad un processo di fermentazione anaerobica da parte di microrganismi come Clostridium autoethanogenum e Clostridium kluyveri .  Il risultato sorprendente è l’utilizzo di anidride carbonica per la produzione di sostanze chimiche di elevato interesse industriale (butanolo ed esanolo). Infatti, queste, possono essere utlizzate come combustibili, come solventi nei processi di sintesi chimica, in smalti e vernici.

Il secondo studio molto interessante è stato fatto grazie alla collaborazione tra il Consiglio Nazionale delle Ricerche e l’Istituto Officina dei Materiali di Trieste e il Fritz Haber Institute della Max Planck Society con sede a Berlino. ⁴

Gli studiosi in questo caso hanno studiato un metodo di stoccaggio dell’energia proveniente da fonti rinnovabili come quella solare. Il concetto anche qui è quello di promuovere una reazione di elettrolisi dell’acqua per formare nuovi legami chimici. Questi trattengono l’energia per poi liberarla al bisogno rigenerando acqua e corrente elettrica. In particolare, hanno pensato di servirsi dell’ematite, un minerale a base di ferro, (Fe₂O₃, ossido di ferro) che accelera la reazione di ossidazione della materia prima, l’acqua.

Gli scienziati si sono ispirati alla fotosintesi, un ciclo continuo che utilizza l’energia solare per trasformare CO₂ed H₂O in ossigeno e zuccheri, nuove molecole, i quali stoccano l’energia attraverso i nuovi legami chimici. Quando gli zuccheri poi vengono utilizzati come combustibili, di nuovo liberano l’energia producendo CO₂, H₂O e viene permessa la vita sulla Terra.

Tutto questo non significa che l’uomo potrà permettersi di soppiantare madre natura, ma anzi, l’uomo deve semplicemente apprendere da lei e rispettarla dato che sempre sarà la più grande chimica.

Margherita Restori

Sono Margherita, laureata in Chimica e Tecnologia Farmaceutiche nel 2021, attualmente Dottoranda in Drug Science, mi occupo di sintesi di composti biologicamente attivi. Nel tempo libero mi piace mettermi in cammino ed esplorare il mondo. Ritengo che la chimica e le molecole che rappresenta siano un ingranaggio meraviglioso nel grande orologio dell’universo. Cerco quindi di divulgare questa materia, spogliandola della corazza che la rende così complessa e inaccessibile.