Come funziona la fotosintesi clorofilliana?

Che cos'è, in parole semplici, la fotosintesi?

La parola viene dal greco e vuol dire più o meno "mettere insieme con la luce". È esattamente quello che fa la pianta: mette insieme ingredienti semplici e, con l'energia del Sole, costruisce qualcosa di più complesso e prezioso, lo zucchero.

Da ingegnere mi piace vederla come una piccola fabbrica a energia solare. Le materie prime sono l'anidride carbonica, un gas presente nell'aria, e l'acqua. La fonte di energia è la luce. Il prodotto finito è il glucosio, uno zucchero. Lo scarto è l'ossigeno.

Scritta come la scrivono i chimici, la ricetta è questa: sei molecole di anidride carbonica più sei di acqua, con la luce, danno una molecola di glucosio e sei di ossigeno (6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂). Non serve impararla a memoria per capirla: conta che gli atomi non spariscono, cambiano solo compagni.

Dove avviene, dentro la foglia?

La fabbrica sta soprattutto nelle foglie, che sono larghe e piatte proprio per catturare più luce possibile, come i pannelli solari su un tetto. Dentro le cellule delle foglie ci sono dei minuscoli organelli verdi chiamati cloroplasti: sono loro i veri reparti di produzione.

Nei cloroplasti c'è la clorofilla, il pigmento che dà il colore verde alle piante. La clorofilla assorbe soprattutto la luce rossa e quella blu e riflette la luce verde. Ecco perché vediamo le foglie verdi: ci arriva proprio la parte di luce che la pianta non usa.

Gli ingredienti arrivano da strade diverse. L'acqua sale dalle radici lungo il fusto attraverso dei sottilissimi canali, come in un sistema di tubature. L'anidride carbonica entra invece dagli stomi, piccolissime aperture sulla superficie della foglia che la pianta apre e chiude come delle finestre. Dagli stessi stomi esce l'ossigeno. Quando fa molto caldo e secco la pianta li socchiude per non perdere troppa acqua, e così anche la fotosintesi rallenta.

Che cosa succede, passo dopo passo?

La fotosintesi si svolge in due fasi, come una catena di montaggio con due reparti.

Nella fase luminosa la clorofilla cattura l'energia della luce. Questa energia serve a spezzare le molecole d'acqua: da qui si libera l'ossigeno, che esce dalla foglia. L'energia catturata viene immagazzinata in molecole speciali che funzionano come batterie ricaricabili.

Nella seconda fase, che non ha bisogno direttamente della luce e si chiama ciclo di Calvin, la pianta usa quelle "batterie" cariche per agganciare l'anidride carbonica e costruire, un pezzo alla volta, le molecole di zucchero.

Un dettaglio che sorprende molti: l'ossigeno che la pianta libera non viene dall'anidride carbonica, ma dall'acqua. Il carbonio dell'anidride carbonica, invece, finisce dentro lo zucchero e diventa, letteralmente, il corpo della pianta.

Che cosa ci fa la pianta con lo zucchero?

Una parte dello zucchero la pianta la usa subito come carburante, per crescere e mantenersi in vita. Come noi, infatti, anche le piante respirano: consumano un po' di ossigeno e zucchero per ricavare energia, giorno e notte. Durante il giorno, però, la fotosintesi produce molto più ossigeno di quello che la respirazione consuma.

Un'altra parte diventa materiale da costruzione. Con lo zucchero la pianta fabbrica la cellulosa, il materiale delle pareti delle sue cellule: il legno di un tavolo e la carta di un quaderno sono, alla fine, luce del Sole trasformata e conservata.

Il resto viene messo da parte come riserva sotto forma di amido, nelle radici, nei tuberi e nei semi. Quando mangi una patata o un piatto di pasta, stai usando l'energia che una pianta ha catturato dal Sole.

Chi l'ha scoperta, e perché è così importante per noi?

Nel 1771 il chimico inglese Joseph Priestley fece un esperimento famoso: in un recipiente chiuso una candela si spegneva perché "consumava" l'aria, ma se dentro metteva un rametto di menta, dopo qualche giorno l'aria tornava buona. Nel 1779 il medico olandese Jan Ingenhousz capì il pezzo mancante: le piante "rinfrescano" l'aria solo alla luce e solo con le loro parti verdi.

Oggi sappiamo che quasi tutta la vita sulla Terra dipende da questo processo. Gli animali mangiano le piante, o mangiano animali che hanno mangiato piante: l'energia arriva sempre, all'origine, dalla fotosintesi.

E l'ossigeno? Non viene solo dalle foreste. Secondo la NOAA, l'agenzia americana per gli oceani, circa metà dell'ossigeno prodotto sulla Terra viene dal mare, grazie al fitoplancton, alghe e batteri microscopici che fanno fotosintesi vicino alla superficie. Uno di loro, il minuscolo Prochlorococcus, da solo produce fino al 20% dell'ossigeno della biosfera.