Le alghe hanno un superpotere che le aiuta a crescere in modo rapido ed efficiente. Il nuovo lavoro guidato da Adrien Burlacot di Carnegie getta le basi per trasferire questa capacità alle colture agricole, che potrebbero aiutare a nutrire più persone e combattere il cambiamento climatico. I loro risultati sono pubblicati su Natura .

Le cellule vegetali, le alghe e alcuni batteri sono in grado di convertire l'energia solare in energia chimica utilizzando una serie di reazioni biochimiche note come fotosintesi. Questo processo ha reso l'atmosfera terrestre ricca di ossigeno, consentendo alla vita animale di nascere e prosperare, ed è alla base della nostra intera catena alimentare.

La fotosintesi avviene in due fasi. Nella prima, la luce viene assorbita e utilizzata per sintetizzare molecole di energia, con l'ossigeno come sottoprodotto. Queste molecole di energia vengono quindi utilizzate per alimentare il secondo stadio, in cui l'anidride carbonica dell'aria viene fissata in zuccheri a base di carbonio, come glucosio e saccarosio.

Poiché la fotosintesi è un processo così antico, che precede e, di fatto, ha plasmato l'attuale composizione dell'atmosfera, non è particolarmente efficiente. Il meccanismo con cui le piante catturano l'anidride carbonica dall'aria è vittima del suo stesso successo. In un'atmosfera ricca di anidride carbonica, per le piante è stato un gioco da ragazzi prendere il carbonio necessario per la seconda fase. Ma ora è una storia diversa e le piante sono limitate dalla quantità ancora piccola di anidride carbonica nell'atmosfera e non possono bloccarla in modo efficiente.

Fortunatamente, le alghe fotosintetiche hanno sviluppato meccanismi che ne aumentano l'efficienza concentrando l'anidride carbonica attorno all'enzima responsabile della sua fissazione negli zuccheri. Questa spinta biochimica fa parte di ciò che consente alle alghe di crescere così rapidamente.

"Se gli strumenti cellulari alla base di questa capacità possono essere sfruttati, ci consentirebbe di progettare impianti più produttivi", ha spiegato Burlacot. "Ciò aiuterebbe nella lotta contro il cambiamento climatico sequestrando più anidride carbonica dall'atmosfera e aiuterebbe a combattere la fame nel mondo producendo più cibo."

Burlacot e i collaboratori dell'Università di Aix-Marseilles—Ousmane Dao, Pascaline Auroy, Stephan Cuiné, Yonghua Li-Beisson e Gilles Peltier—sono stati in grado di chiarire il percorso energetico che alimenta la capacità delle alghe di concentrare l'anidride carbonica.

Per essere trasportato attraverso le membrane biologiche in cui si verifica il secondo stadio della fotosintesi, l'anidride carbonica atmosferica deve essere convertita in bicarbonato e poi nuovamente. I ricercatori hanno rivelato come le cellule creano l'energia per guidare questa serie di alterazioni, consentendo di concentrare l'anidride carbonica senza interferire con l'alimentazione della cellula per il processo di fissazione del carbonio.

"È noto da tempo che la capacità delle alghe di concentrare l'anidride carbonica e migliorare l'efficienza fotosintetica richiede energia, ma i meccanismi molecolari di questo processo sono rimasti poco conosciuti fino ad ora", ha concluso Burlacot. "Il nostro lavoro ha svelato la cassetta degli attrezzi energetica di cui abbiamo bisogno per migliorare la cattura del carbonio nella fotosintesi".