La sifoneina è una cosa di cui si parla poco, perlopiù sconosciuta ai più, eppure è importante per la fotosintesi.
Una giornata di sole intenso può rovinare più di una semplice gita al mare e può anche danneggiare la fotosintesi, il processo con cui le piante e altri organismi trasformano la luce solare in energia; eppure, sott’acqua, alcune alghe hanno trovato un modo geniale per non subire questi effetti.
Un team di ricerca dell’Università Metropolitana di Osaka, insieme a collaboratori internazionali, ha scoperto che un pigmento chiamato sifoneina permette alle alghe verdi marine di continuare a fotosintetizzare in modo efficiente anche sotto una luce intensa.
Come si protegge la macchina della fotosintesi
Negli organismi fotosintetici, la raccolta della luce è affidata a sistemi molecolari complessi chiamati complessi di raccolta della luce (LHC, Light-Harvesting Complexes) e al centro di tutto c’è la clorofilla, il pigmento verde che cattura la luce e trasferisce l’energia ai centri di reazione dove avvengono i processi chimici.
Ma quando la luce è troppa, la clorofilla può entrare in uno stato pericoloso chiamato tripletto, che genera molecole di ossigeno reattivo in grado di danneggiare le cellule.
“Gli organismi utilizzano i carotenoidi per dissipare rapidamente l’energia in eccesso attraverso un processo chiamato trasferimento di energia tripletto-tripletto (TTET)”, spiega Ritsuko Fujii, professoressa associata presso il Research Center for Artificial Photosynthesis dell’Università Metropolitana di Osaka.
Fino a poco tempo fa, però, i dettagli precisi di questo meccanismo di protezione non erano del tutto chiari.
Lo studio su Codium fragile
Per capire meglio il fenomeno, i ricercatori hanno studiato Codium fragile, un’alga verde marina e come le piante terrestri, anche questa specie utilizza un complesso LHCII per raccogliere la luce, ma contiene pigmenti rari come sifoneina e sifonaxantina, che le consentono di sfruttare la luce verde, predominante negli ambienti subacquei.
“La chiave è nella rapidità e nell’efficienza con cui gli stati tripletto vengono disattivati”, spiega Alessandro Agostini, ricercatore all’Università di Padova e coautore dello studio.
Per verificare il meccanismo, il team ha utilizzato la spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR), una tecnica che misura direttamente gli stati eccitati tripletto, confrontando Codium fragile con gli spinaci.
Negli spinaci, le tracce di clorofilla “danneggiata” erano ancora presenti; nell’alga marina, invece, quei segnali erano completamente scomparsi: i carotenoidi avevano neutralizzato l’energia pericolosa con efficienza perfetta.
“La nostra ricerca ha mostrato che la struttura dell’antenna fotosintetica delle alghe verdi possiede un’eccellente funzione fotoprotettiva”, aggiunge Agostini
La sifoneina, lo “scudo solare” delle alghe
Combinando i dati EPR con simulazioni di chimica quantistica, i ricercatori hanno individuato nella sifoneina il pigmento chiave responsabile di questa protezione.
La sua posizione strategica all’interno del complesso LHCII e la particolare struttura molecolare la rendono estremamente efficiente nel disperdere l’energia in eccesso prima che possa causare danni.
In altre parole, queste alghe non solo hanno evoluto pigmenti capaci di sfruttare la luce blu-verde disponibile sott’acqua, ma anche di resistere alla luce intensa che per altre piante sarebbe distruttiva.
Dalle alghe alla tecnologia solare del futuro
Questa scoperta non riguarda solo la biologia marina: potrebbe avere applicazioni dirette nelle energie rinnovabili; capire come la sifoneina protegge le alghe potrebbe infatti ispirare nuovi materiali fotoprotettivi per pannelli solari o sistemi bio-ispirati più efficienti e resistenti alla luce.
“Vogliamo capire meglio le caratteristiche strutturali dei carotenoidi che aumentano l’efficienza di dissipazione”, conclude Fujii. “Questo ci permetterà di progettare nuovi pigmenti per ottimizzare le antenne fotosintetiche artificiali.”
Lo studio è stato pubblicato su Cell Reports Physical Science.
In sintesi
Le alghe marine non solo sopravvivono sotto il sole più intenso, ma lo fanno grazie a una molecola straordinaria (la sifoneina) che trasforma un potenziale pericolo in pura efficienza energetica.
