Nelle profondità del Mediterraneo, dove la luce del sole arriva attenuata e trasformata dall’acqua, una pianta riesce a compiere un’impresa apparentemente impossibile: continuare a fare fotosintesi con pochissimi fotoni a disposizione. Si tratta di Posidonia oceanica, una delle specie marine più importanti per l’equilibrio degli ecosistemi costieri, capace di formare immense praterie sommerse anche a 50 metri di profondità. A spiegare il suo straordinario adattamento è uno studio pubblicato sulla rivista Nature Communications, realizzato da un gruppo di ricerca coordinato dalla Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli e dall’Università di Verona, con il contributo del Consiglio Nazionale delle Ricerche e del Politecnico di Milano. La ricerca ha individuato il particolare meccanismo evolutivo che ha permesso a questa pianta marina di ottimizzare il proprio apparato fotosintetico, trasformandolo in una vera e propria macchina biologica capace di sfruttare al massimo la luce disponibile nei fondali.
Una pianta terrestre tornata in mare
La storia evolutiva di Posidonia oceanica è iniziata milioni di anni fa. Tra 70 e 100 milioni di anni fa alcune piante terrestri, dopo essersi evolute dalle alghe marine ed essersi adattate alla vita sulla terraferma, hanno compiuto un percorso inverso tornando negli ambienti acquatici. Da questa riconquista del mare sono nate le fanerogame marine, tra cui Posidonia oceanica, oggi protagoniste di ecosistemi fondamentali per il pianeta. Le sue praterie sommerse ospitano una grande varietà di organismi, proteggono le coste dall’erosione e svolgono un ruolo essenziale nel sequestro del carbonio, contribuendo alla regolazione del clima.
Vivere sott’acqua, però, ha imposto alla pianta sfide enormi. Con l’aumentare della profondità, infatti, l’acqua assorbe quasi completamente la luce rossa e infrarossa, lasciando passare soprattutto le radiazioni blu. Una condizione difficile per la fotosintesi, che nelle piante terrestri utilizza in modo efficace diverse componenti dello spettro luminoso. Nonostante questo limite, Posidonia mantiene una produttività sorprendentemente elevata. Il nuovo studio ha permesso di comprendere finalmente il motivo.
Un “impianto solare” naturale più efficiente
I ricercatori hanno analizzato la struttura del fotosistema I, uno dei principali complessi molecolari responsabili della fotosintesi. Grazie alla crio-microscopia elettronica del CNR e alle analisi strutturali condotte dall’Università di Verona, è stata ricostruita per la prima volta la struttura tridimensionale del fotosistema I di Posidonia oceanica con risoluzione atomica. Il risultato ha mostrato una caratteristica sorprendente: la pianta possiede un sistema antenna, cioè una rete di pigmenti e proteine incaricata di catturare la luce, molto più grande e articolata rispetto a quella delle piante terrestri. Questa struttura permette di intercettare una quantità maggiore dei pochi fotoni presenti nelle profondità marine. È come se Posidonia avesse sviluppato un pannello solare biologico più esteso, capace di raccogliere anche la minima energia luminosa disponibile.
Questa soluzione però presentava un possibile svantaggio: aumentando le dimensioni dell’antenna, l’energia doveva percorrere una distanza maggiore prima di raggiungere il centro di reazione della fotosintesi, aumentando il rischio di dispersione. La pianta ha quindi dovuto trovare un secondo adattamento.
La strategia molecolare che accelera la fotosintesi
Per scoprire come Posidonia riuscisse a superare questo ostacolo, i ricercatori del Politecnico di Milano hanno utilizzato la Spettroscopia Bidimensionale Elettronica (2DES), una tecnica avanzata capace di osservare il movimento dell’energia all’interno del fotosistema su tempi estremamente rapidi: appena pochi femtosecondi, cioè un milionesimo di miliardesimo di secondo. Le analisi hanno rivelato un raffinato cambiamento evolutivo nella composizione molecolare della clorofilla.
Nel corso della sua evoluzione, Posidonia ha ridotto alcune configurazioni della clorofilla associate alle cosiddette “forme spettrali rosse”, meccanismi che nelle piante terrestri sono utili soprattutto per catturare luce in ambienti ombreggiati, come il sottobosco. Al loro posto ha favorito altre configurazioni capaci di trasferire più rapidamente l’energia luminosa verso il centro di reazione della fotosintesi. In altre parole, la pianta non si è limitata a raccogliere più luce: ha anche perfezionato il modo in cui la utilizza, evitando sprechi e mantenendo elevata l’efficienza energetica anche nelle condizioni più difficili.
Dagli abissi alle coltivazioni del futuro
La scoperta non riguarda soltanto la conservazione degli ambienti marini. Comprendere il funzionamento della fotosintesi di Posidonia oceanica potrebbe infatti offrire nuove idee per migliorare le piante coltivate. La biologia sintetica potrebbe utilizzare questi meccanismi per progettare colture in grado di sfruttare meglio la luce disponibile, aumentando la produttività agricola senza richiedere nuovo consumo di suolo. Una prospettiva particolarmente interessante in un periodo segnato dalla crescita della popolazione mondiale, dalla necessità di aumentare la produzione alimentare e dagli effetti dei cambiamenti climatici sulle coltivazioni.
Lo studio, sostenuto anche da finanziamenti europei come il progetto Advanced Grant “GrinSun” dell’European Research Council e il progetto EMBRC-IT “Photo-SEA”, dimostra ancora una volta come l’evoluzione naturale possa rappresentare una fonte di soluzioni innovative.
Dalle praterie sommerse del Mediterraneo potrebbe arrivare una lezione preziosa: la capacità di adattarsi agli ambienti più estremi può diventare una guida per affrontare alcune delle sfide tecnologiche e ambientali del futuro.