Decifrata la chiave segreta della fotosintesi: è così che l’acqua si divide per produrre ossigeno
Dopo decenni di ricerche, un team di ricerca internazionale ha finalmente risolto il mistero di come si forma l’ossigeno durante la fotosintesi, il processo mediante il quale piante, alghe e alcuni batteri sfruttano la luce solare per creare l’energia di cui hanno bisogno per crescere. Finora, i ricercatori sapevano che per avviare la fotosintesi sono necessarie quattro particelle consecutive di luce, o fotoni, che colpiscono una struttura molecolare all’interno della pianta, chiamata Fotosistema II, un complesso proteico contenente atomi di manganese, calcio e ossigeno in grado di assorbire questi fotoni, separare le molecole d’acqua e rilasciare l’ossigeno legato all’acqua. Ma il dettaglio microscopico di ciò che accade esattamente dopo che il quarto fotone colpisce questo complesso non era ancora stato caratterizzato.
Ora, i ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory in California e dello SLAC National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, insieme ai colleghi dell’Università di Uppsala, in Svezia, dell’Università Humboldt di Berlino e di altre istituzioni, sono riusciti per la prima volta a decifrare il segreto chiave di quest’ultimo passaggio. La sua comprensione, dettagliata in uno studio pubblicato su Nature, fa luce su come l’evoluzione abbia ottimizzato la fotosintesi e segna un importate passo in avanti verso lo sviluppo di sistemi artificiali che imitano la fotosintesi per produrre energia pulita.
“Più impariamo su come la natura lo fa, più ci avviciniamo all’utilizzo di quegli stessi principi nei processi creati dall’uomo, comprese le idee per la fotosintesi artificiale come fonte di energia pulita e sostenibile” ha affermato Jan Kern, co-autore dello studio e scienziato presso il Lawrence Berkeley National Laboratory.
L'inafferrabile passaggio finale della fotosintesi
Per catturare i particolari microscopici della fotosintesi, i ricercatori hanno utilizzato impulsi di raggi X ad alta energia per rilevare la disposizione degli atomi del Fotosistema II dopo aver esposto alcuni campioni di alghe verdi-azzurre (cianobatteri) a impulsi di luce visibile, che hanno fornito i fotoni necessari a innescare la fotosintesi.
Dopo essere stato colpito dal quarto fotone, il complesso proteico scompone le molecole d’acqua in pochi milionesimi di secondo, ma i raggi X sono stati abbastanza veloci da mostrare i momenti finali che portano al rilascio di ossigeno respirabile, rivelando una fase di reazione intermedia che non era mai stata osservata prima. In questa fase, in particolare, gli atomi di ossigeno non erano legati all’idrogeno come lo sarebbero stati nell’acqua né raccolti insieme in una molecola di ossigeno più grande, ma probabilmente sono brevemente legati ad altri siti del Fotosistema II.
Sulla base di questi risultati, i ricercatori hanno in programma di condurre esperimenti progettati per catturare molti più dettagli del processo. “Ci sono ancora cose che accadono nel mezzo e che non siamo ancora riusciti a cogliere – ha aggiunto Kern – . Ci sono più fasi istantanee che vogliamo davvero catturare, affinché colmino le lacune rimanenti e raccontino l’intera storia”.
