La luce che respiriamo: come la fotosintesi ha rivoluzionato la storia della vita sulla Terra

Se c’è una certezza che tutti ci portiamo dietro dalle scuole elementari, è che “le piante utilizzano la luce per trasformare l’acqua e l’anidride carbonica in zucchero e ossigeno”, quel processo chiamato fotosintesi clorofilliana che silenziosamente (e gratuitamente) ogni giorno da circa due miliardi di anni supporta la vita sulla Terra riempiendo l’atmosfera dell’ossigeno che respiriamo. Il tutto sfruttando la fonte inesauribile di energia per eccellenza: la luce solare.

Ben prima di noi, e ben prima della comparsa delle piante terrestri come le conosciamo oggi, i cianobatteri avevano imparato ad impiegare la radiazione luminosa come “motore” delle reazioni biochimiche necessarie alla sintesi degli zuccheri, acquisendo un enorme vantaggio evolutivo rispetto alla concorrenza unicellulare che affollava gli oceani primordiali. Esistevano già, infatti, altri processi di autotrofismo non dipendenti dalla luce bensì da composti chimici (da qui denominati “chemiosintetici” anziché “fotosintetici”) come lo zolfo, il ferro e l’idrogeno, ma la loro resa energetica non era che una piccola frazione di quella fornita dalla fotosintesi. Motivo per cui questo tipo di metabolismo venne eclissato rapidamente (nel giro di qualche decina di milioni di anni, si intende), resistendo solo in contesti privi di luce come i fondali oceanici, le sorgenti idrotermali o gli ambienti sotterranei dove ancora oggi sopravvivono colonie di batteri definiti “chemioautotrofi”.

La “rivoluzione luminosa” dei cianobatteri ha segnato uno dei grandi momenti di transizione (e crisi) della storia della vita sulla Terra. Tra 2.4 e 2.1 miliardi di anni fa il “Grande Evento Ossidativo”, ossia il progressivo rilascio di ossigeno prodotto dalla fotosintesi, ha completamente stravolto il paradigma anaerobico dell’ambiente primordiale, letteralmente “avvelenando” gli organismi unicellulari esistenti: una molecola così reattiva come l’ossigeno, fino a prima presente nell’ambiente a concentrazioni ampiamente trascurabili (inferiori allo 0.001% dell’attuale valore) ed ora pressoché ubiquitaria, provocava danni letali alle cellule, distruggendone l’integrità strutturale e le macromolecole essenziali (proteine, acidi nucleici, lipidi). Evidentemente, la maggior parte delle forme di vita non è sopravvissuta a questo scenario a tutti gli effetti apocalittico, ma qualcuna ha fatto eccezione. Quando una cellula probabilmente simile ad un’ameba ha fagocitato un batterio a metabolismo aerobico (in grado di utilizzare l’ossigeno per ricavare energia dagli zuccheri) e per qualche motivo non l’ha digerito come qualsiasi altro malcapitato, si è instaurata tra i due una simbiosi in cui il batterio metabolizzava l’ossigeno tossico in cambio di protezione dai predatori. Una fortunata indigestione, questa, che ha segnato l’inizio della vita aerobica, oltre che eucariotica e pluricellulare: oggi quel batterio ce l’abbiamo ancora nelle nostre cellule, e lo chiamiamo mitocondrio. Lo stesso vale per la sua controparte vegetale, il cloroplasto, nient’altro che un batterio (stavolta a metabolismo fotosintetico) fagocitato e “adottato” da una cellula eucariotica da cui, con i dovuti tempi, si sono evoluti gli organismi vegetali più complessi e a noi familiari come alghe e piante terrestri.

Nel mondo “a ossigeno” che si è così costruito, in cui la vita dipende dagli organismi fotosintetici, la luce ha un ruolo portante cui spesso non si fa caso. L’energia che alimenta gli ecosistemi proviene dalla radiazione solare trasformata in energia chimica tramite fotosintesi; non a caso gli ambienti a maggiore biodiversità e produttività sono le acque superficiali e costiere degli oceani e le foreste equatoriali, entrambe ampiamente illuminate. I combustibili fossili da cui (purtroppo) dipendiamo ancora ostinatamente non sono altro che biomassa vegetale di milioni di anni fa costruita attraverso la fotosintesi. Pensando, poi, alla luce in senso stretto, essa costituisce un segnale fondamentale che scandisce la ciclicità di molti fenomeni biologici come le stagioni riproduttive, le migrazioni e i ritmi circadiani, oggi profondamente alterati dall’inquinamento luminoso prodotto dall’illuminazione artificiale.

Dal Grande Evento Ossidativo ai pannelli fotovoltaici installati sui tetti delle nostre abitazioni, la storia della vita sulla Terra è inseparabile dalla luce. La fotosintesi ha aperto la strada alle infinite potenzialità evolutive che hanno portato alla complessità e alla diversità biologica che oggi conosciamo e che dobbiamo, in fin dei conti, ad un’improbabile ma fortunata casualità di eventi.