Sapere Scienza

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Serendipità: il topo e la fotosintesi

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Nel XVI secolo Cristoforo Armeno scrisse la novella Peregrinaggio di tre giovani figliuoli del re di Serendippo raccontando di come la sagacia, l’acutezza e lo spirito di osservazione possano portare a felici intuizioni di fronte a eventi che si presentano per puro caso. Horace Walpole, colpito, coniò il termine serendipità (serendipity) ispirandosi proprio al titolo del racconto.

 

Un modo efficace e divertente per descrivere la serendipità è quello del biologo americano Julius H. Comroe che riferendosi al casuale - e sfortunato - evento della perdita di un ago nel classico pagliaio, la definisce così: La serendipità è cercare un ago in un pagliaio e trovarci la figlia del contadino. Nel mondo della scienza e della tecnologia succede di frequente di scoprire per caso qualcosa mentre si cerca altro e gli esempi si sprecano, come quello che vede come protagonista il microbiologo tedesco Erwin von Esmarch. Nella Berlino della fine del 1800, Erwin von Esmarch lavorava in veste di batteriologo ed esperto di igiene come allievo del Premio Nobel Robert Koch. Von Esmarch era particolarmente interessato alle cause delle malattie infettive e, con l’intento di isolare batteri in grado di provocare la putrefazione, riempì un recipiente d’acqua di fonte e vi immerse un topo morto di setticemia. Tre mesi dopo prelevò una porzione del residuo secco nerastro e lo coltivò per qualche tempo, ottenendo colonie batteriche di colore grigio-giallastre. Ma “dopo circa 14 giorni, il numero di colonie aumentò improvvisamente. All'inizio avevano un colore grigiastro, ma questo divenne presto rosso pallido; le colonie aumentarono lentamente di dimensioni e presero un bellissimo colore rosso vino”.

 

Rhodospirillum rubrum

 

Esemplari di Rhodospirillum rubrum. Credits: http://academic.pgcc.edu/~kroberts/web/gneg/gneg.htm

 

Il microbiologo tedesco isolò il batterio rosso che chiamò - in omaggio alla sua forma a spirale e al suo intenso colore rosso - Spirillum rubrum, successivamente ribattezzato Rhodospirillum rubrum. Aveva isolato - senza volerlo e senza accorgersene - il primo batterio fotosintetico, identificato inequivocabilmente come tale solo 60 anni dopo. Fra il 1600 e il 1800 studiosi del calibro di Van Helmont, Priestly, Ingehousz, Senebier and Mayer avevano scoperto e descritto la fotosintesi che si riteneva fosse effettuata esclusivamente dalle piante e il postulato che questi organismi fossero gli unici fotosintetici sul pianeta rimase valido fino agli inizi degli anni ‘40 del 1900.

 

Le piante sono in grado di compiere il processo della fotosintesi grazie a un pigmento verde noto come clorofilla. La clorofilla è una molecola abbastanza complessa formata da una lunga catena di atomi di carbonio laterale legata a un anello, detto anello clorinico, al cui centro siede un atomo di magnesio. Il suo colore verde intenso è responsabile del colore delle foglie. Il suo ruolo è - insieme a numerose altre molecole - di catturare la luce del sole e trasformarla in energia per il metabolismo della pianta che, a sua volta, alimenta il metabolismo degli erbivori, poi quello dei carnivori. In altre parole la clorofilla, fulcro centrale della fotosintesi, è nel cuore del macchinario molecolare che sostiene il pianeta. La fotosintesi basata sulla clorofilla è comparsa circa 3 miliardi di anni orsono e ha contribuito a dare al nostro pianeta l’atmosfera ricca di ossigeno che oggi conosciamo e respiriamo e, conseguentemente, alla gran parte delle specie viventi che lo abitano.

 

Come in ogni saga che si rispetti, a un certo punto del racconto compare un parente sconosciuto che rivendica il proprio ruolo nella famiglia. La saga dell’anello clorinico non fa eccezione. La scoperta dei batteri fotosintetici - fra cui Rhodospirillum rubrum - non solo ha dimostrato che esistono degli organismi biologici parenti stretti delle piante e capaci di fare fotosintesi ma ha anche spodestato le specie fotosintetiche che producono ossigeno dal posto di capostipite. I batteri fotosintetici infatti sono apparsi prima delle alghe e delle piante, con buona pace del Ficus benjamin che troneggia nel nostro salone.

 

Sebbene questi batteri non producano ossigeno, il loro macchinario molecolare è sorprendentemente simile a quello degli organismi fotosintetici ossigenici ed è basato su una molecola molto simile alla clorofilla chiamata - con scarsa fantasia - batterioclorofilla, formata anch’essa da una lunga catena di atomi di carbonio legata a un ciclo batterioclorinico. Piccolissime sono le differenze fra i due tipi di clorofilla - che richiedono un po’ di occhio chimico per essere distinte - sufficienti però a cambiare il colore della molecola che passa da un verde intenso a un cupo verde petrolio.

 

batterioclorofilla

 

Struttura della batterioclorofilla

 

Vi chiederete ora perché Rhodospirillum rubrum è rosso. Ottima domanda: insieme alla batterioclorofilla, nella cellula batterica sono presenti anche delle altre molecole colorate che contribuiscono a catturare la luce in scarsezza di illuminazione o a dissiparla in eccesso di illuminazione. Sono i carotenoidi, la classe di molecole a cui appartiene il carotene arancione delle carote e il licopene rosso dei pomodori.

 

Ma questa è un’altra saga!

Massimo Trotta

Massimo è chimico e svolge la sua attività di ricerca presso il Consiglio Nazionale delle Ricerche. Si occupa di fotosintesi e delle sue applicazioni ambientali.

copertina   luglio-agosto 2018

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