E' possibile produrre energia utilizzando la luce solare assorbita in eccesso da alghe e piante. Lo dimostra uno studio realizzato da un team di ricercatori italiani e statunitensi pubblicato su 'Science' che spiega il meccanismo molecolare regolatore dell'assorbimento dell'energia solare nelle piante, grazie all'individuazione dei geni che ne determinano il processo.

La ricerca e' frutto della collaborazione che per due anni ha visto i ricercatori del Dipartimento Scientifico e Tecnologico dell'Universita' di Verona e dell'Universita' di Berkeley in California lavorare insieme per potenziare, attraverso tecniche di biogenetica, l'efficienza con cui piante ed alghe raccolgono l'energia, aprendo orizzonti interessanti alla produzione di bio-combustibili.

I gruppi di ricerca sono stati diretti a Verona da Roberto Bassi, docente di Fisiologia vegetale specializzato in ingegneria proteica, e a Berkeley da Graham Fleming, pioniere nella misura di eventi ultrarapidi con il laser. Il gruppo veronese, in particolare, ha identificato una famiglia di geni che, quando inattivati, producono piante incapaci di trasformare in calore la luce assorbita. Matteo Ballottari, neo-dottorato in biotecnologie industriali e ambientali, e' riuscito a produrre in provetta le proteine codificate da questi geni e a dimostrarne l'attivita' con misure effettuate a Berkeley.

Allo stato normale, infatti, spiegano i ricercatori, queste proteine fotosintetiche sono in grado di 'misurare' la luce cui sono esposte e di attivare un meccanismo dissipativo di difesa trasformando l'energia in eccesso in calore. Nei foto-bioreattori, sistemi colturali che utilizzano la radiazione solare per la crescita di microrganismi fotosintetici, le alghe ad esempio vengono cresciute in massa ma dissipano in calore la maggior parte dell'energia solare assorbita.

L'importanza della scoperta consiste nell'aver identificato i geni responsabili di questo meccanismo dissipativo di difesa, su cui intervenire con tecniche di genetica per trasformare in energia chimica e quindi biomassa il calore altrimenti disperso.

"Agendo sulla sensibilita' dell' 'interruttore' che governa questo processo -spiega Bassi- si potra' regolare l'efficienza della trasformazione della luce solare da parte degli organismi fotosintetici ed adattarle alle esigenze della crescita nei fotobioreattori per produrre biocombustibili. Gia' nel 2005 nel nostro laboratorio Luca Dall'Osto, oggi ricercatore, ha dimostrato che l'inattivazione dei meccanismi regolativi portava ad una maggiore crescita delle piante a bassa luce".

La scoperta arriva proprio in piena crisi energetica, mentre si incomincia a parlare di esaurimento di petrolio e carbone che, rispettivamente, derivano da alghe e piante cresciute tra i 200 e i 400 milioni di anni fa e conservate nel suolo in mancanza di ossigeno. Di recente, quindi, si sono moltiplicate le ricerche che mirano a produrre biocombustibili da alghe e piante, "ma le rese sono ancora basse proprio a causa del meccanismo dissipativo messo in atto dagli organismi fotosintetici" sottolineano i ricercatori.

Ma come le alghe si proteggono dalla troppa luce dissipando calore? "Il processo molecolare che catalizza il meccanismo dissipativo di difesa all'interno delle alghe -riferiscono gli scienziati- ha resistito per quasi 40 anni nonostante sia stato studiato da molti laboratori. Per chiarire il meccanismo d'azione, una di queste proteine e' stata prodotta in molte versioni mutate in cui veniva cambiato uno solo dei 350 aminoacidi che la compongono. Tre dei quali si sono dimostrati indispensabili alla funzione durante le analisi spettroscopiche svolte a Berkeley".

Indagando sulla funzione di questi aminoacidi i ricercatori veronesi hanno scoperto che "due aminoacidi legano ciascuno una molecola di clorofilla formando una coppia ravvicinata. Queste molecole funzionano come i due rami di un diapason ed entrano in risonanza quando l'energia della luce che assorbono raggiunge una certa intensita'". A questo punto entra in azione il terzo componente: una molecola di carotenoide, molto simile alla sostanza di colore arancione delle carote, la quale "scambia momentaneamente un elettrone con la clorofilla piu' vicina e libera calore quando questo torna indietro, fenomeno noto come ricombinazione di carica".

Si tratta di "un processo rapidissimo -aggiungono- che avviene in pochi picosecondi, millesimi di miliardesimi di secondo, e che viene ripetuto con una frequenza proporzionale all'intensita' della luce. Le molecole fotosintetiche sono in grado dunque di misurare la luce cui sono esposte e di attivare un interruttore di 'protezione' quando questa e' in eccesso. Ai fini applicativi, un ulteriore aspetto consiste nell'utilizzo del principio scoperto per la produzione di pannelli solari piu' efficienti, composti da celle prodotte con coloranti di origine biologica.

Da tempo i fisici cercano di riprodurre la fotosintesi in forma semplificata usando materiale non biologico: si tratta dei cosiddetti pannelli solari a coloranti, che danno buoni risultati ma che, secondo gli esperti, hanno una 'durata' limitata. "I coloranti esposti al sole scolorano -afferma Bassi- come succede ai vecchi segnali stradali che diventano illeggibili col tempo. Cio' e' dovuto all'incapacita' di dissipare in calore l'energia assorbita in eccesso, che non riesce ad essere trasformata in corrente elettrica e va, invece, a reagire con l'ossigeno creando molecole dannose che distruggono i coloranti stessi".

Per questo, la comunita' dei chimici e' gia' al lavoro per modificare i coloranti in uso nei pannelli solari e ricreare artificialmente l'interruttore molecolare delle piante. Con la prospettiva di ottenere risultati importanti in termini di maggiore durata dei pannelli e costi ridotti.