Quale energia utilizza la pianta per attuare la fotosintesi

Quale energia utilizza la pianta per attuare la fotosintesi

Fasi della fotosintesi

I processi di tutti gli organismi, dai batteri all’uomo, richiedono energia. Per ottenere questa energia, molti organismi accedono all’energia immagazzinata mangiando, cioè ingerendo altri organismi. Ma da dove proviene l’energia immagazzinata negli alimenti? Tutta questa energia può essere ricondotta alla fotosintesi.

La fotosintesi è essenziale per tutta la vita sulla terra; sia le piante che gli animali dipendono da essa. È l’unico processo biologico in grado di catturare l’energia proveniente dallo spazio (la luce solare) e di convertirla in composti chimici (carboidrati) che ogni organismo utilizza per alimentare il proprio metabolismo. In breve, l’energia della luce solare viene catturata e utilizzata per dare energia agli elettroni, che vengono poi immagazzinati nei legami covalenti delle molecole di zucchero. Quanto durano e sono stabili questi legami covalenti? L’energia estratta oggi dalla combustione di carbone e prodotti petroliferi rappresenta l’energia della luce solare catturata e immagazzinata dalla fotosintesi circa 300 milioni di anni fa.

Figura 1. I fotoautotrofi, tra cui (a) le piante, (b) le alghe e (c) i cianobatteri, sintetizzano i loro composti organici attraverso la fotosintesi, utilizzando la luce solare come fonte di energia. I cianobatteri e le alghe planctoniche possono crescere su aree enormi dell’acqua, a volte coprendo completamente la superficie. In una bocca di mare profonda, i chemioautotrofi, come questi batteri termofili, catturano energia dai composti inorganici per produrre composti organici. L’ecosistema che circonda le bocche di ventilazione è costituito da una serie di animali, come vermi tubolari, crostacei e polpi, che traggono energia dai batteri. (credito a: modifica del lavoro di Steve Hillebrand, U.S. Fish and Wildlife Service; credito b: modifica del lavoro di “eutrophication&hypoxia”/Flickr; credito c: modifica del lavoro della NASA; credito d: Università di Washington, NOAA; credito e: modifica del lavoro di Mark Amend, West Coast and Polar Regions Undersea Research Center, UAF, NOAA).

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La fotosintesi nella cellula

Tutti gli organismi viventi sulla terra sono costituiti da una o più cellule. Ogni cellula funziona grazie all’energia chimica contenuta principalmente nelle molecole di carboidrati (cibo) e la maggior parte di queste molecole è prodotta da un processo: la fotosintesi. Attraverso la fotosintesi, alcuni organismi convertono l’energia solare (luce del sole) in energia chimica, che viene poi utilizzata per costruire molecole di carboidrati. L’energia utilizzata per tenere insieme queste molecole viene rilasciata quando un organismo scompone il cibo. Le cellule utilizzano poi questa energia per svolgere un lavoro, come la respirazione cellulare.

L’energia ricavata dalla fotosintesi entra continuamente negli ecosistemi del nostro pianeta e viene trasferita da un organismo all’altro. Pertanto, direttamente o indirettamente, il processo di fotosintesi fornisce la maggior parte dell’energia necessaria agli esseri viventi sulla Terra.

Alcuni organismi possono effettuare la fotosintesi, mentre altri non possono farlo. Un autotrofo è un organismo in grado di produrre il proprio cibo. Le radici greche della parola autotrofo significano “sé” (auto) “alimentatore” (troph). Le piante sono gli autotrofi più noti, ma ne esistono altri, tra cui alcuni tipi di batteri e alghe (Figura 5.2). Le alghe oceaniche contribuiscono con enormi quantità di cibo e ossigeno alle catene alimentari globali. Anche le piante sono fotoautotrofe, un tipo di autotrofo che utilizza la luce solare e il carbonio dell’anidride carbonica per sintetizzare energia chimica sotto forma di carboidrati. Tutti gli organismi che effettuano la fotosintesi necessitano della luce solare.

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Funzione della fotosintesi

La maggior parte dell’energia che alimenta la nostra vita proviene dalle piante. Che si tratti di un combustibile fossile formatosi centinaia di milioni di anni fa o del cibo che mangiamo, tutta l’energia prodotta dal carbonio ha origine dalla fotosintesi delle piante.

Non sorprende che, data la nostra necessità di allontanarci rapidamente dall’uso dei combustibili fossili, i ricercatori di tutto il mondo stiano studiando freneticamente metodi per trasformare il materiale vegetale in forme di combustibile più utili. Un modo è quello di imitare il processo che le piante utilizzano per produrre energia, attraverso la fotosintesi artificiale.

La fotosintesi vegetale è in realtà piuttosto inefficiente in termini di raccolta e immagazzinamento dell’energia solare. È improbabile che il fabbisogno energetico del mondo possa essere soddisfatto esclusivamente da fonti vegetali come i biocarburanti: non c’è spazio sufficiente per coltivare abbastanza piante.

Se si riuscisse a sviluppare una fotosintesi artificiale più efficiente di quella vegetale, si potrebbe ipotizzare che gran parte del nostro fabbisogno di carburante possa essere fornito da queste fabbriche di “combustibili solari”. Potrebbero svilupparsi ovunque il sole e l’acqua siano abbondanti, e l’atmosfera fornirebbe il resto.

Equazione della fotosintesi

Le cellule funzionano grazie all’energia chimica contenuta principalmente nelle molecole di carboidrati e la maggior parte di queste molecole è prodotta da un processo: la fotosintesi. Attraverso la fotosintesi, alcuni organismi convertono l’energia solare (luce del sole) in energia chimica, che viene poi utilizzata per costruire molecole di carboidrati. L’energia immagazzinata nei legami che tengono insieme queste molecole viene rilasciata quando un organismo scompone il cibo. Le cellule utilizzano poi questa energia per eseguire lavori, come il movimento. L’energia ricavata dalla fotosintesi entra continuamente negli ecosistemi del nostro pianeta e viene trasferita da un organismo all’altro. Pertanto, direttamente o indirettamente, il processo di fotosintesi fornisce la maggior parte dell’energia necessaria agli esseri viventi sulla Terra. La fotosintesi comporta anche il rilascio di ossigeno nell’atmosfera. In breve, per mangiare e respirare l’uomo dipende quasi interamente dagli organismi che effettuano la fotosintesi.

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Figura 1. (a) Le piante, (b) le alghe e (c) alcuni batteri, chiamati cianobatteri, sono fotoautotrofi in grado di effettuare la fotosintesi. Le alghe possono crescere su aree enormi in acqua, a volte coprendo completamente la superficie. (credito a: Steve Hillebrand, U.S. Fish and Wildlife Service; credito b: “eutrophication&hypoxia”/Flickr; credito c: NASA; dati delle barre di scala di Matt Russell)

Sonia Ricci

Sonia Ricci è una studentessa di biologia e blogger che scrive della sua prospettiva unica sulla scienza. Il suo blog tratta argomenti che vanno dalle ultime ricerche sull'impatto del cambiamento climatico alle opinioni sulle implicazioni etiche delle nuove tecnologie genetiche. Sonia è appassionata nel rendere la scienza accessibile a tutti e crede che tutti possano trovare qualcosa di interessante nella biologia se si prendono il tempo di cercarlo: seguite il suo blog per aggiornamenti regolari!