Perché una nuova scoperta sulle alghe potrebbe cambiare il modo in cui utilizzeremo fertilizzanti e combustibili fossili in futuro?

La scoperta dei nitroblasti cambia un aspetto fondamentale della nostra conoscenza degli organismi viventi. Vi avverto che è complicato, ma vale la pena provare a capire la rivoluzione che ciò potrebbe provocare. Preparatevi.

Gli organismi viventi dipendono dai principali gas che compongono l’atmosfera per sopravvivere. EHI Ossigeno (21% dell'atmosfera) viene utilizzato da tutte le forme di vita per ossidare i composti del carbonio (come zuccheri e grassi), ottenendo così l'energia necessaria per vivere. Questa ossidazione produce anidride carbonica (0,04% dell'atmosfera).

L'anidride carbonica viene catturata dalle piante, che utilizzano l'energia solare per convertire l'anidride carbonica in zuccheri e altri composti del carbonio. Questo processo rilascia ossigeno, che finisce nell'atmosfera.

Quando l’ossigeno rilasciato viene nuovamente utilizzato dagli organismi per ossidare i composti del carbonio prodotti dalle piante, il ciclo si chiude. Pertanto, a causa di questo ciclo, gli atomi nei gas (ossigeno e carbonio) si trovano talvolta negli organismi viventi e talvolta nell'atmosfera. Se sospiri alla fine di questo paragrafo, stai semplicemente immettendo ossigeno nel tuo corpo ed espellendo anidride carbonica.

L'azoto, il gas più abbondante (78% dell'atmosfera), è essenziale per la produzione di proteine ​​e acidi nucleici (DNA e RNA). Finora si pensava che solo alcuni batteri fossero in grado di convertire l'azoto gassoso in composti contenenti azoto come l'ammoniaca, essenziale per tutti gli organismi viventi.

L'ammoniaca e i suoi derivati ​​prodotti da questi batteri vengono assorbiti dalle radici delle piante o dalle alghe e utilizzati nella produzione di proteine ​​e acidi nucleici. La novità è la scoperta di alghe capaci di produrre ammoniaca, cosa che prima era considerata impossibile. Ma come hanno “imparato” queste alghe a produrre ammoniaca?

La capacità di utilizzare i gas atmosferici è apparsa non appena è apparsa la vita sul pianeta. Gli organismi che svilupparono queste capacità erano procarioti, parenti dei batteri. Le loro cellule non contengono nucleo o organelli e sono piccole sacche viventi che si dividono. La stragrande maggioranza di essi può essere vista solo al microscopio. I procarioti furono i primi organismi viventi ad apparire sulla Terra circa 3 miliardi di anni fa.

Hanno governato da soli per i primi 1,5 miliardi di anni. E poi apparvero gli eucarioti. Le cellule eucariotiche sono più grandi e hanno divisioni interne come il nucleo e gli organelli.

Praticamente tutti gli organismi viventi che possiamo osservare ad occhio nudo, come alghe, piante, rane, alberi, scimmie e esseri umani, sono eucarioti, discendenti dei primi eucarioti apparsi 1,5 miliardi di anni fa. Erano piccoli, ma si raggruppavano insieme, dando origine a creature enormi come balene, esseri umani e rinoceronti. Oggi su questo pianeta convivono eucarioti e procarioti.

Il modo in cui sono emersi gli eucarioti è stato scoperto decenni fa da uno scienziato di nome Lynn Margulis (1938-2011). L'idea è che l'associazione simbiotica (la parola attuale è partnership) sia apparsa per la prima volta tra eucarioti e procarioti. Successivamente, questi eucarioti primitivi incorporarono (ingerirono) procarioti capaci di generare energia utilizzando ossigeno e composti di carbonio (quelli che oggi chiamiamo mitocondri).

Successivamente, alcuni di essi avrebbero incorporato procarioti capaci di sintetizzare composti organici a partire dalla luce e dall'anidride carbonica (quelli che oggi chiamiamo cloroplasti). Solo gli eucarioti contenenti mitocondri hanno dato origine a tutti gli animali.

Quelli contenenti mitocondri e cloroplasti hanno dato origine a piante e alghe. In altre parole, tutta la vita complessa sulla Terra è nata dopo che questa associazione simbiotica è diventata permanente negli eucarioti primitivi.

La cosa interessante è che i batteri che fissano l’azoto non vengono mai incorporati negli organelli degli eucarioti e quindi non esistono animali o piante che utilizzino l’azoto direttamente dall’atmosfera. Questi procarioti rimasero indipendenti, producendo ammoniaca e altri componenti azotati per tutti gli altri organismi.

In alcuni casi vivono in simbiosi nelle radici di alcune piante. Questo è il caso dei batteri che fissano l'azoto e vivono attaccati a piante come fagioli o soia, fornendo ammoniaca alla pianta e riducendo la dipendenza di queste piante dai fertilizzanti azotati. Queste associazioni simbiotiche sono già state trovate in molte alghe marine. Fino ad ora, questa è stata la nostra comprensione di come gli organismi utilizzano ed elaborano l’azoto atmosferico.

Ma tutto è cambiato questa settimana con la scoperta delle alghe (Prarodosphaera bigeloi) che contiene batteri in grado di convertire il gas azoto in ammoniaca. Questa fusione, avvenuta 100 milioni di anni fa, ha dato origine ad un nuovo organello che ora si unisce ai mitocondri e ai cloroplasti: il nitroplasto.

Questa scoperta cambia radicalmente la nostra comprensione di come l’azoto viene elaborato dagli organismi viventi. In precedenza, si pensava che la conversione dell’azoto in ammoniaca fosse effettuata solo da batteri simbiotici o che vivono liberi negli oceani.

Oggi sappiamo che esistono eucarioti dotati di organelli capaci di svolgere questa funzione. Può sembrare piccola, ma questa scoperta cambia completamente la nostra comprensione di come viene scambiato l’azoto tra l’atmosfera e gli organismi viventi.

In teoria, questa scoperta dimostra che gli eucarioti possono produrre ammoniaca, e apre quindi la possibilità di collocare questo organello nelle piante coltivate, liberandoci potenzialmente dai fertilizzanti azotati la cui produzione dipende dall’uso estensivo di combustibili fossili. Posso spiegare?

Ulteriori informazioni: Organello di fissazione dell'azoto nelle alghe marine. Scienze https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk1075 2024