Fotosintesi dei cianobatteri

Il racconto

Un trucco che cambiò il mondo

Ogni foglia verde che vedi è una piccola fabbrica. Prende luce dal Sole, anidride carbonica dall'aria e acqua dal terreno, e li trasforma in zuccheri, di cui la pianta si nutre, liberando ossigeno. Questo processo si chiama fotosintesi clorofilliana, dalla clorofilla, la sostanza verde che cattura la luce. Le piante però non l'hanno inventata: l'hanno ereditata da esseri molto più piccoli e molto più antichi, i cianobatteri.

I cianobatteri sono batteri che vivono in acqua, e per molto tempo furono chiamati «alghe azzurre» o «alghe verdi-azzurre», perché hanno un colore tra il verde e il blu e si vedono come patine sui sassi di un fiume o sulla superficie di uno stagno. Sono microscopici, ma vivono in colonie enormi. Si pensa che siano stati i primi organismi capaci di fare quella che si chiama fotosintesi ossigenica, quella cioè che spezza le molecole d'acqua e libera ossigeno.

La scoperta di un altro modo di vivere

Prima di loro esistevano già batteri capaci di usare la luce, ma senza produrre ossigeno: usavano altre sostanze, come l'idrogeno solforato, al posto dell'acqua. L'acqua però è dappertutto, e spezzarla richiede un'energia grande e un apparato chimico molto sofisticato. Gli scienziati ritengono che il passaggio a questo meccanismo sia stato uno degli eventi più importanti dell'evoluzione. Una volta che i cianobatteri riuscirono a farlo, ebbero a disposizione una risorsa quasi infinita: luce, acqua e anidride carbonica si trovano ovunque.

Non sappiamo con precisione quando accadde. Le tracce più probabili risalgono a circa 2,7 miliardi di anni fa, e vengono da rocce della formazione di Tumbiana, in Australia occidentale: tappeti microbici e stromatoliti che hanno lasciato segni chimici di una fotosintesi, anche se alcuni studiosi discutono se producesse ossigeno. Ci sono indizi che sia nata prima, forse addirittura fino a 3,2 miliardi di anni fa, ma sono discussi. Per questo la data nella linea del tempo è approssimata.

Tappeti nei mari bassi

I cianobatteri crescevano in acque poco profonde vicino alle coste, dove la luce arrivava. Formavano tappeti colorati di colonie, uno sopra l'altro. Di giorno, con la luce, i batteri producevano ossigeno e si muovevano verso l'alto; di notte, o quando venivano coperti dalla sabbia, risalivano di nuovo. Così, a poco a poco, i loro tappeti e i granelli di sedimento si accumulavano in strati e diventavano stromatoliti. Queste rocce a strati sono le più antiche tracce di vita visibili a occhio nudo, e in pochi luoghi del mondo, come Shark Bay in Australia, se ne trovano ancora di vive.

I cianobatteri non sono scomparsi: sono ovunque. Vivono negli oceani, nei laghi, nel suolo, nei deserti e perfino nelle rocce dell'Antartide. Uno di loro, Prochlorococcus, scoperto soltanto nel 1986 dalla biologa americana Sallie Chisholm e dai suoi colleghi, è così piccolo che le cellule sono larghe meno di un millesimo di millimetro; secondo le stime è l'organismo fotosintetico più numeroso della Terra, e produce una parte consistente dell'ossigeno degli oceani.

Dentro le piante di oggi

C'è un ultimo capitolo. Più di un miliardo di anni fa, una cellula complessa inglobò un cianobatterio senza digerirlo; i due cominciarono a vivere insieme, e quel cianobatterio col tempo diventò una parte della cellula, chiamata cloroplasto. Tutte le alghe verdi e tutte le piante hanno cloroplasti, e dentro di essi c'è ancora un piccolo DNA simile a quello dei cianobatteri. Quando guardi un bosco, quindi, stai guardando discendenti di quell'antica alleanza.

Oggi si calcola che circa la metà dell'ossigeno che respiriamo venga dal plancton dei mari: alghe e cianobatteri microscopici. Sono molto più importanti di quanto si veda.