La fotosintesi? Avviene anche nella quasi oscurità

La fotosintesi è un processo biologico fondamentale attraverso il quale alcuni organismi, come le piante, convertono l'energia solare in energia chimica. In questo processo, l'anidride carbonica e l'acqua vengono trasformate in glucosio, che funge da fonte energetica per la pianta, e ossigeno, che viene rilasciato come sottoprodotto. Poiché la luce è indispensabile affinché la fotosintesi avvenga, ci si interroga su quale sia l'intensità luminosa minima necessaria per innescare questo processo. In una giornata limpida in Europa, le condizioni di luce tipiche variano tra 1.500 e 2.000 micromoli di fotoni m⁻²/s⁻¹. Tuttavia, il valore minimo stimato affinché la fotosintesi possa avvenire si aggira attorno a 0,3–5 micromoli di fotoni m⁻²/s⁻¹. Tale stima, però, potrebbe non essere del tutto accurata. A confermare questa teoria è uno studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, che vede come protagoniste le microalghe artiche.

Nell'oceano, la fotosintesi avviene solo nello strato superiore chiamato zona eufotica, dove c'è abbastanza luce. L'estensione di questa zona è fondamentale per la produzione primaria netta oceanica (NPP) e per i principali cicli biogeochimici. Di solito, il limite inferiore della zona eufotica è definito come la profondità in cui la luce è pari all'1% di quella in superficie. Questo valore può corrispondere a circa 20 µmol fotoni m⁻²/s⁻¹ nelle ore di mezzogiorno all'equatore, dove la luce in superficie raggiunge tipicamente i 2000 µmol fotoni m⁻²/s⁻¹. Tuttavia, è noto che questo limite sovrastima la quantità minima di luce necessaria per la fotosintesi. Secondo stime teoriche, il livello minimo di luce per la crescita fotosintetica potrebbe essere intorno a 0,01 µmol fotoni m⁻²/s⁻¹. Tuttavia, non è ancora chiaro fino a che punto la fotosintesi possa effettivamente avvenire con così poca luce. Per questo motivo, un team di ricercatori ha deciso di approfondire l'argomento.

I dati utilizzati per la ricerca provengono dal progetto internazionale Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of the Arctic Climate (MOSAiC). Il team di ricercatori, a bordo della nave RV Polarstern, ha viaggiato alla deriva nell'Oceano Artico per un anno intero, da settembre 2019 a ottobre 2020. Questo ha permesso loro di studiare la ripresa dell'attività fotosintetica nell'Oceano Artico centrale con il ritorno della luce solare, dopo la lunga notte polare, tra febbraio e aprile 2020. In particolar modo, il team guidato dalla dott. ssa Clara Hoppe dell'Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) si è concentrato sullo studio del fitoplancton e delle alghe di ghiaccio. er determinare il potenziale inizio dell’attività fotosintetica, hanno preso le misurazioni della potenziale produzione primaria, le concentrazioni di clorofilla a (Chl-a) e hanno effettuato conteggi diretti delle cellule delle microalghe fotosintetiche.

Dallo studio è emerso che solo pochi giorni dopo la fine della notte polare lunga un mese la biomassa vegetale, per la quale la fotosintesi è assolutamente essenziale, è stata in grado di rigenerarsi. Questo risultato è stato particolarmente sorprendente, poiché la fotosintesi nell'Oceano Artico è avvenuta sotto il ghiaccio marino coperto di neve, condizione che permette il passaggio di un numero molto limitato di fotoni solari. Le microalghe, infatti, avevano accesso a solo un centomillesimo della luce disponibile in una giornata soleggiata sulla superficie terrestre, eppure sono riuscite a crescere. Da notare che per misurare livelli di luce così bassi nelle dure condizioni dell'inverno artico, abbiamo dovuto congelare nel ghiaccio, nel cuore della notte polare, strumenti speciali di nuova generazione i quali hanno registrato il seguente valore: 0,04 ± 0,02 µmol fotoni m⁻²/s⁻¹.

I risultati di questo studio sono rilevanti per l'intero pianeta. "Anche se le nostre conclusioni riguardano specificamente l'Oceano Artico, esse dimostrano l'incredibile potenziale della fotosintesi. Se questo processo può essere così efficiente nelle condizioni estreme dell'Artico, possiamo ragionevolmente ipotizzare che gli organismi fotosintetici in altre regioni oceaniche si siano adattati altrettanto bene", spiega la dottoressa Clara Hoppe. Questo apre la possibilità che ci sia sufficiente luce per sostenere la fotosintesi anche nelle zone più profonde degli oceani, permettendo, quindi, la produzione di ossigeno ed energia utilizzabile anche per creature più grandi come i pesci. Di conseguenza, l'habitat in cui avviene la fotosintesi potrebbe essere molto più esteso di quanto si pensasse in passato, ampliando le zone vitali degli oceani globali.