mercoledì, Maggio 29, 2024

L’alga che fissa l’azoto: la chiave per un’agricoltura sostenibile

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UN TEAM DI SCIENZIATI HA SCOPERTO CHE L’ALGA BRAARUDOSPHAERA BIGELOWII, È IN GRADO DI TRASFORMARE L’AZOTO IN UNA FORMA UTILIZZABILE PER LA CRESCITA CELLULARE. IL MERITO VA A UN ORGANELLO RECENTEMENTE SCOPERTO. COSA SIGNIFICA? GLI ESPERTI RITENGONO CHE POTREBBE AVERE UN POTENZIALE RIVOLUZIONARIO NEL MONDO DELLA PRODUZIONE ALIMENTARE E DELLA SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE

Scoperta l’alga che fissa l’azoto

Grazie a un’attenta analisi dell’alga, a livello cellulare e molecolare, gli scienziati hanno scoperto un misterioso “organello“, noto come nitroplasto, capace di compiere un atto straordinario: la fissazione dell’azoto

Ma perché la notizia è così sorprendente? Come ci ricorda l’ecologista oceanico Jonathan Zehr dell’Università della California Santa Cruz, la fissazione dell’azoto era considerata una prerogativa esclusiva di batteri e archaei o archeobatteri (batteri antichi). 

Queste alghe, rappresentano pertanto il primo esempio di eucarioti (organismi provvisti di nucleo) in grado di compiere questo processo.

Ma cosa significa tutto ciò per il mondo reale? 

Tradotto in parole povere, le alghe possono, da sole, trasformare l’aria che respiriamo in nutrienti vitali, senza la necessità di fertilizzanti chimici.

Lo scenario che si prospetta è estremamente interessante: potrebbe portare a raccolti più abbondanti, una maggiore sostenibilità ambientale e una rivoluzione nell’agricoltura. Ma questa è solo la punta dell’iceberg delle potenzialità. Come si è arrivati alla scoperta? Ripercorriamo le tappe. 

L’alga e la scoperta dell’organello

Nel 2012, l’ecologista oceanico Jonathan Zehr e il suo team hanno osservato che l’alga marina Braarudosphaera bigelowii intratteneva una stretta relazione con un piccolo batterio chiamato UCYN-A, che sembrava vivere all’interno o sulla superficie delle cellule algali. Ma cosa faceva esattamente questo batterio? Gli scienziati hanno ipotizzato che l’UCYN-A riuscisse a convertire il gas azoto in composti utilizzabili dalle alghe per la loro crescita, come l’ammoniaca. E quale era il compenso per questo lavoro? Si pensava che i batteri ricevessero in cambio una fonte di energia a base di carbonio, fornita dalle alghe.

Tuttavia, è emerso dell’altro. 

A seguito di ulteriori studi, i ricercatori hanno concluso che l’UCYN-A non dovrebbe essere considerato un organismo separato, bensì un vero e proprio organello all’interno delle alghe. 

Attraverso un’analisi genetica approfondita, è emerso che gli antenati delle alghe e dei batteri hanno stabilito una relazione simbiotica incredibilmente stretta circa 100 milioni di anni fa. Questo antico legame ha alla fine portato all’evoluzione dell’organello nitroplasto, ora identificato in Braarudosphaera bigelowii.

«È come se avessimo scoperto una storia epica di alleanza e coevoluzione tra organismi che, nel corso di milioni di anni, hanno trasformato la nostra comprensione del regno vegetale e del suo rapporto con l’ambiente circostante. Una narrazione che ci spinge ad approfondire il mistero delle relazioni simbiotiche e delle strutture cellulari, aprendo nuovi orizzonti per la biologia e la biotecnologia». A questo punto, cerchiamo di capire chi sono gli organelli e quale compito svolgono.

L’alga e il fantastico mondo degli organelli

Gli organelli sono strutture specializzate presenti all’interno delle cellule eucariotiche, che svolgono specifiche funzioni vitali per il loro funzionamento. Essenzialmente, sono come “organi” delle cellule, ciascuno con compiti specifici per mantenere la vita della cellula stessa.

Per essere considerato un organello in una cellula ospite, una struttura cellulare deve soddisfare due criteri principali. In primo luogo, deve essere trasmessa attraverso le generazioni della cellula ospite, garantendo la sua continuità. In secondo luogo, deve dipendere dalle proteine fornite dalla cellula ospite per svolgere le sue funzioni vitali.

Nel caso del nitroplasto, recentemente scoperto nelle alghe, la sua natura di organulo è stata confermata attraverso osservazioni dettagliate delle cellule al microscopio. Durante il processo cellulare, il nitroplasto si divide in due, garantendo che una copia sia trasmessa alla progenie della cellula madre, seguendo un meccanismo simile a quello di altri organelli cellulari.

Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che il nitroplasto ottiene le proteine necessarie per crescere dalla cellula ospite. Cosa che indica una dipendenza dalla cellula più ampia dell’alga. È interessante notare che il nitroplasto stesso è privo di alcune proteine fondamentali per la fotosintesi e la produzione di materiale genetico, che vengono invece fornite dalle cellule ospiti.

Un lavoro di squadra 

La scoperta è stata resa possibile grazie al lavoro di Kyoko Hagino dell’Università di Kochi in Giappone, il quale ha sviluppato metodi per coltivare le alghe in laboratorio. Questo ha consentito di esaminarle in modo più dettagliato. 

Esperti, come Siv Andersson dell’Università di Uppsala in Svezia, hanno altresì evidenziato i segni distintivi che caratterizzano gli organelli e che sono stati osservati nel nitroplasto delle alghe.

Per Andersson, aver individuato il nitroplasto nelle alghe, non solo offre un’affascinante visione del mondo microscopico, ma anche un’interessante prospettiva per il futuro dell’agricoltura e della sostenibilità ambientale.

Comprendere come questo organello interagisca con la sua cellula ospite potrebbe infatti rappresentare una pietra miliare negli sforzi per progettare colture in grado di fissare il proprio azoto, riducendo così la dipendenza dai fertilizzanti azotati e mitigando i danni ambientali che essi provocano.

Freniamo gli entusiasmi?

Eva Nowack dell’Università Heinrich Heine di Düsseldorf mette in guardia sulle sfide che attendono questa impresa. Anche se l’idea di dotare le piante di un organello che fissi l’azoto suona come una soluzione rivoluzionaria, l’introduzione di questa capacità comporterà una serie di complessità genetiche e tecniche da superare.

Ciononostante, l’importanza di questa scoperta non può essere sottovalutata. Come sottolinea Jeffrey Elhai della Virginia Commonwealth University, questo lavoro rappresenta un importante trampolino di lancio per ulteriori ricerche e una maggiore comprensione dei meccanismi che guidano la vita delle cellule vegetali e la loro interazione con il mondo circostante.

In conclusione, la scoperta del nitroplasto nelle alghe potrebbe rivelarsi un punto di svolta nella nostra lotta contro la dipendenza da fertilizzanti chimici e nell’ingegnerizzazione di piante più resistenti e sostenibili.

Fonti

Hagino K., et al. A unique cell division mechanism in the Rhodophyte Cyanidioschyzon merolae. Science Advances, 2024.

Ainsworth S., et al. The Rhodophyte Cyanidioschyzon merolae, a model alga for studying organelle function and evolution. (2023)

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