Comprendere l'interruttore della natura: uno studio getta nuova luce su come le alghe regolano la fotosintesi con il pH

Uno studio rivoluzionario pubblicato sul Journal of the American Chemical Society ha scoperto un meccanismo precedentemente sconosciuto attraverso il quale alcune alghe regolano i loro processi fotosintetici in risposta ai cambiamenti dei livelli di pH. I ricercatori della Constructor University e della Princeton University hanno scoperto che un gruppo specifico di pigmenti noti come mesobiliverdine (MBV) funzionano come regolatori dinamici, alterando l'efficienza della raccolta della luce in base all'acidità o all'alcalinità circostante.

Lo studio si è concentrato sul complesso proteico PC645, un componente chiave del meccanismo fotosintetico delle alghe crittophite. Questi microrganismi prosperano in ambienti acquatici in cui l'intensità e la qualità della luce variano ampiamente, in particolare in acque più profonde in cui penetrano solo lunghezze d'onda blu-verde. Per massimizzare la cattura dell'energia, le alghe si affidano a pigmenti specializzati che assorbono la luce a lunghezze d'onda specifiche. Tuttavia, l'efficacia di questi pigmenti può essere influenzata dall'ambiente chimico, in particolare dal livello di pH dell'acqua circostante.

Utilizzando una combinazione di tecniche sperimentali e di modellazione computazionale avanzata, il team di ricerca ha dimostrato che gli MBV all'interno del complesso PC645 mostrano sensibilità alle fluttuazioni del pH. Quando il pH aumenta, gli MBV subiscono sottili cambiamenti molecolari che riducono la loro capacità di trasferire efficientemente l'energia. Viceversa, livelli di pH più bassi consentono ai pigmenti di operare a prestazioni di picco. Questo aggiustamento dinamico consente alle alghe di ottimizzare la loro produzione fotosintetica in risposta al cambiamento delle condizioni ambientali.

Mentre l'esatto ruolo funzionale della regolazione basata su MBV rimane poco chiaro, i risultati suggeriscono un potenziale adattamento evolutivo che consente alle alghe di mantenere l'equilibrio metabolico in habitat variabili. "Abbiamo effettivamente trovato l'interruttore di dimmer, ma non sappiamo ancora per cosa", ha osservato. "Lo sforzo collaborativo ha riunito esperti di entrambe le istituzioni, sfruttando la fisica computazionale e la biofisica con metodi biochimici sperimentali.

Nel frattempo, i ricercatori dell'Università di Princeton, guidati dal professor Gregory Scholes, hanno convalidato queste previsioni attraverso esperimenti spettroscopici. I loro risultati hanno confermato che gli aggiustamenti mediati da MBV ai tassi di trasferimento di energia potrebbero variare fino al 40% al 50%, a seconda del livello di pH. Oltre alle sue implicazioni immediate per la comprensione della fisiologia delle alghe, lo studio suggerisce una strategia ecologica più ampia. I ricercatori hanno osservato modelli strutturali simili in altre proteine fotosintetiche, implicando che questo meccanismo regolato dal pH potrebbe essere una caratteristica comune tra diverse specie.

Se è vero, questo potrebbe rappresentare un tratto adattativo fondamentale condiviso da molti organismi fotosintetici, che consente loro di far fronte a fattori di stress ambientale come l'acidificazione o i cambiamenti di temperatura. Kleinekathöfer ha ipotizzato che la ricerca futura potrebbe esplorare se questo meccanismo potrebbe essere sfruttato per applicazioni pratiche.

"Se riusciamo a capire il meccanismo e a trovare modi per modificarlo, questo è il tipo di cosa che potrebbe un giorno essere utilizzata in applicazioni biomediche o farmaceutiche, o per modificare le rese dei raccolti, ad esempio, in risposta al nostro clima che cambia", ha aggiunto.