mercoledì, Luglio 17, 2024

L’evoluzione della fotosintesi clorofilliana spiegata dai fossili 

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UNA STRAORDINARIA INDAGINE ARCHEOLOGICA CHE CI TRASPORTA INDIETRO NEL TEMPO DI 1,75 MILIARDI DI ANNI, SPIEGA L’EVOLUZIONE DI UNO DEI PROCESSI VITALI FONDAMENTALI PER LA NOSTRA ESISTENZA: LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA. UN PROCESSO BIOCHIMICO CHE PRODUCE L’OSSIGENO, ESSENZIALE PER LA VITA DI TUTTI GLI ESSERI VIVENTI.  PER LE PIANTE RAPPRESENTA IL MECCANISMO PRIMARIO ATTRAVERSO IL QUALE PRODUCONO SOSTANZE E NUTRIMENTO, ESSENZIALI PER LA LORO STESSA SOPRAVVIVENZA

I misteri della fotosintesi e della sua evoluzione

L’Università di Liegi (Belgio), ha portato a termine una ricerca secondo cui alcuni fossili batterici rinvenuti in’Australia fornirebbero le prime prove delle strutture fotosintetiche note come tilacoidi.

Secondo la nostra attuale comprensione scientifica, il fenomeno della fotosintesi ha avuto origine circa tre miliardi e mezzo di anni fa. Tuttavia, in quel periodo, il processo era significativamente diverso rispetto a quello che avviene oggi. Si trattava di una forma primitiva chiamata fotosintesi anossigenica, la quale differiva dal processo moderno nel modo in cui gestiva l’ossigeno.

A differenza della fotosintesi odierna, la fotosintesi anossigenica non produceva ossigeno come sottoprodotto. Coinvolgeva cioè delle reazioni chimiche che trasformavano le sostanze in modo da produrre energia per la cellula, ma senza rilasciare ossigeno nell’ambiente circostante. 

In sintesi, rappresentava una fase iniziale dell’evoluzione del processo.

Il fenomeno della fotosintesi ossigenica, che è il meccanismo predominante nelle piante e negli organismi fotosintetici attuali ha avuto inizio successivamente.

Quando avvenne il passaggio? 

La risposta è da sempre stata al centro dei dibattiti scientifici, ma la nuova scoperta sembrerebbe svelare l’enigma. 

Prima di entrare nel vivo della questione, cerchiamo di capire cos’è la fotosintesi e perché è così importante.

Fotosintesi clorofilliana: un processo biochimico fondamentale  

La fotosintesi clorofilliana è un processo biochimico che consente alle piante di generare composti organici a partire da sostanze inorganiche come aria, acqua e luce solare. 

Un importante sottoprodotto di questo processo è l’ossigeno che, generato durante la fase luminosa, viene rilasciato nell’ambiente.

Lo straordinario meccanismo avviene nelle foglie, all’interno di organuli chiamati cloroplasti. In questa “fucina”, l’energia luminosa viene catturata dai pigmenti di clorofilla e viene convertita in energia chimica.

Il processo si articola in due fasi:

Fase luminosa: la linfa grezza, composta da sali minerali e acqua, si sposta dalle radici alle foglie. Qui, grazie alla clorofilla, la luce solare viene catturata, avviando il processo; 

Fase oscura (Ciclo di Calvin): la clorofilla, attivata dalla luce, combina la linfa grezza con l’anidride carbonica. Il risultato è la produzione di glucosio, una sostanza nutritiva che viene distribuita in tutta la pianta per il suo sviluppo.

Ma torniamo al rompicapo degli scienziati: quando è iniziato realmente il processo della fotosintesi e chi è l’artefice?

Nei fossili di tilacoidi la chiave del mistero dell’evoluzione

A dare una risposta, lo studio condotto dalla biologa Emmanuelle Javaux dell’Università di Liegi sui fossili preistorici.

Il suo team ha esaminato le strutture fotosintetiche incise in fossili di cianobatteri preistorici (organismi microscopici noti come alghe blu-verdi) provenienti da diversi siti storici.

Al vaglio dell’indagine, alcuni siti geologici quali la Formazione McDermott in Australia e la Formazione Grassy Bay in Canada.

Risultato?

Gli scienziati hanno dato un nome e un volto ai veri protagonisti dell’accumulo di ossigeno nell’atmosfera terrestre: una trasformazione che ha plasmato il corso della vita sulla Terra e la nostra stessa respirazione.

Ebbene, i responsabili sarebbero i tilacoidi, vescicole discoidali immerse nello stroma (fluido che si trova nella parte interna del cloroplasto), chehanno la funzione di raccogliere l’ossigeno durante la “fase luminosa” della fotosintesi

Quanto alla datazione di questa diversificazione, fra fotosintesi anaerobica e aerobica, essa è avvenuta 1,75 miliardi di anni fa.

Ma c’è di più.

L’importanza della ricerca

La ricerca chiarisce sostanzialmente l’anello mancante sulla storia evolutiva della fotosintesi.

A spiegarlo, Kevin Boyce paleobotanista della Stanford University (California).  

Innanzitutto, la ricerca ha scoperto che non tutti i cianobatteri possiedono tilacoidi. 

Chiarisce infatti il “big bang”, il momento esatto in cui queste strutture hanno contribuito a rendere più efficiente il processo fotosintetico.

Si tratta di un salto temporale significativo, dato che i fossili più antichi di cianobatteri risalgono a circa 2 miliardi di anni fa.

«Questi sono i tilacoidi fossilizzati più antichi che conosciamo oggi», afferma Javaux. In precedenza, i fossili di tilacoidi più antichi avevano circa 550 milioni di anni. «Quindi, abbiamo posticipato la documentazione fossile di 1,2 miliardi di anni», aggiunge.

In secondo luogo, la ricerca potrebbe aiutare gli scienziati a capire come si è evoluta la vita sulla Terra e, secondo il chimico americano Robert Blankenship, aprire persino la strada a indagini su altri pianeti. 

Una datazione ancora più antica

Il team di Javaux, non si è fermato alla semplice analisi dei reperti; ha tenuto conto anche di altre prove, come le firme geochimiche, che indicano che la fotosintesi potrebbe esistere da un periodo ancora più remoto.

Del resto, è ampiamente accettato che i cianobatteri abbiano avuto un ruolo fondamentale nell’accumulo di ossigeno nell’atmosfera terrestre 2,4 miliardi di anni fa.

«Ora che abbiamo trovato tilacoidi molto antichi e che possono essere conservati in rocce molto antiche, pensiamo che potremmo andare più indietro nel tempo e provare a testare questa ipotesi» conclude.

Insomma, non solo le piante, ma anche questi minuscoli tilacoidi nei batteri antichi, avrebbero giocato un ruolo di primo piano nell’arricchire l’atmosfera di ossigeno.

Fonte

Nature

Numero verde ONA

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