Spiegato: come le piante dissipano la luce solare in eccesso sotto forma di calore

Per la prima volta, i ricercatori del MIT, dell'Università di Pavia e dell'Università di Verona hanno osservato direttamente uno dei possibili meccanismi attraverso i quali le piante dissipano luce solare extra.

Ricerche precedenti hanno mostrato come le piante si adattano rapidamente ai cambiamenti nell'intensità della luce solare. Anche in condizioni molto soleggiate, solo il 30% della luce solare disponibile viene convertita in zucchero e il resto viene rilasciato sotto forma di calore. (foto d'archivio)

La fotosintesi è un processo di sostegno della vita mediante il quale le piante immagazzinano l'energia solare sotto forma di molecole di zucchero. Tuttavia, se la luce solare è in eccesso, può portare alla disidratazione e al danneggiamento delle foglie. Per prevenire tali danni, le piante dissipano luce extra sotto forma di calore. Anche se questo era noto, negli ultimi decenni c'è stato un dibattito su come le piante lo facciano effettivamente.

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Ora, per la prima volta, i ricercatori del MIT, dell'Università di Pavia e dell'Università di Verona hanno osservato direttamente uno dei possibili meccanismi attraverso i quali le piante dissipano la luce solare in eccesso.

Pubblicata martedì su Nature Communications, una rivista peer-reviewed, la nuova ricerca è stata in grado di determinare, utilizzando un tipo di spettroscopia altamente sensibile, che l'energia in eccesso viene trasferita dal pigmento clorofilla, che conferisce alle foglie il loro colore verde, ad altri pigmenti chiamati carotenoidi. I carotenoidi poi rilasciano l'energia sotto forma di calore.

Durante la fotosintesi, i complessi che raccolgono la luce svolgono due ruoli apparentemente contraddittori. Assorbono energia per guidare la scissione dell'acqua e la fotosintesi, ma allo stesso tempo, quando c'è troppa energia, devono anche essere in grado di liberarsene, hanno affermato Gabriela Schlau-Cohen, Thomas D. e Virginia W. Cabot Professore assistente di sviluppo professionale di chimica al MIT.

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Ricerche precedenti hanno mostrato come le piante si adattano rapidamente ai cambiamenti nell'intensità della luce solare. Anche in condizioni molto soleggiate, solo il 30% della luce solare disponibile viene convertita in zucchero e il resto viene rilasciato sotto forma di calore. L'energia in eccesso, se non rilasciata, porta alla creazione di radicali liberi che possono danneggiare proteine ​​e altre importanti molecole cellulari.

Finora era stato difficile osservare il fenomeno della dissipazione del calore, dato che si verifica su una scala temporale molto rapida, in femtosecondi o quadrilionesimi di secondo. Inoltre, il trasferimento di energia avviene su un'ampia gamma di livelli energetici.

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Poi, nel 2017, i ricercatori del MIT hanno sviluppato una modifica a una tecnica spettroscopica a femtosecondi, che ha permesso loro di osservare su una gamma più ampia di livelli di energia, che vanno dalla luce rossa alla luce blu. Utilizzando la nuova tecnica, i ricercatori hanno potuto osservare che le clorofille assorbono la luce rossa ei carotenoidi assorbono la luce blu e verde, potendo così monitorare il trasferimento di energia.

Schlau-Cohen ha spiegato: Ampliando la larghezza di banda spettrale, potremmo osservare la connessione tra gli intervalli blu e rosso, permettendoci di mappare i cambiamenti nel livello di energia. Puoi vedere l'energia muoversi da uno stato eccitato all'altro.

Dopo che i carotenoidi hanno accettato l'energia in eccesso, la maggior parte di essa viene rilasciata sotto forma di calore, prevenendo così danni alle cellule.

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