Fotosintesi nello spazio

Come le piante, i microorganismi fotosintetici hanno la capacità di sottrarre CO2 all’ambiente e convertirla in biomassa anche edibile, emettendo al contempo O2. A differenza delle piante però hanno minori esigenze per la crescita e sono in grado di vivere anche in condizioni ambientali estreme. Lo studio delle loro capacità fotosintetiche in ambienti simulati non-terrestri offrirà un supporto fondamentale per il successo delle future missioni spaziali oltre a fornire un contributo per lo sviluppo di nuovi processi biotecnologici. Un team di ricercatori multidisciplinare tutto padovano coordinato in modo congiunto da Nicoletta La Rocca del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova, Luca Poletto dell’Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR IFN e Riccardo Claudi dell’Osservatorio Astronomico INAF di Padova ha progettato un nuovo setup sperimentale che consentirà lo studio non-invasivo delle risposte di microorganismi fotosintetici a condizioni non-terrestri simulate. Il lavoro di ricerca è stato pubblicato sulla rivista «Frontiers in Plant Science» nel Research topic “Higher Plants, Algae and Cyanobacteria in Space Environments” con il titolo “A new remote sensing-based system for the monitoring and analysis of growth and gas exchange rates of photosynthetic microorganisms under simulated non-terrestrial conditions”. Il setup, progettato e realizzato dal team, è costituito da due principali componenti: un simulatore di luci stellari che consente di generare in modo accurato gli spettri di luce emessa da diverse classi di stelle e una camera di simulazione di atmosfere non-terrestri in cui far crescere i microorganismi fotosintetici illuminandoli contemporaneamente con le luci stellari selezionate. Il setup è anche dotato di sensori che riescono a misurare, da remoto e in continuo, i parametri fotosintetici dei microorganismi quali il consumo di anidride carbonica e il rilascio di ossigeno, senza la necessità di aprire la camera di crescita e quindi senza modificare le condizioni non-terrestri a cui essi sono esposti. La crescita è rilevata attraverso un detector di riflettanza, che consente il calcolo dell’indice di vegetazione NDVI ricavato dalle misure della luce riflessa dagli organismi. Questo sistema applica a livello di laboratorio una tecnologia normalmente utilizzata dai sistemi satellitari per monitorare i livelli di vegetazione terrestre. La validazione del setup è stata condotta su colture di cianobatteri, microorganismi che sulla terra sono stati responsabili della comparsa della fotosintesi ossigenica ed hanno consentito l’evolversi della vita, basata sull’ossigeno, come noi la conosciamo. «Il setup è assolutamente innovativo e la sua realizzazione è stata possibile – dicono i tre ricercatori Nicoletta La Rocca, Luca Poletto e Riccardo Claudi – grazie ad un lungo lavoro e alla condivisione delle specifiche competenze in ambito astrofisico, ingegneristico, fisico-chimico e biologico». «Lo strumento potrà essere utilizzato sia per la ricerca applicata che per quella di base -sottolinea Nicoletta La Rocca del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova -. Con questo setup si potrà valutare la capacità dei microorganismi fotosintetici di “ripulire”atmosfere con elevate concentrazioni di CO2, grazie alle loro abilità nel sequestro di questo gas e alla sua conversione in biomassa. Ciò contribuirà allo sviluppo di nuove tecnologie nell’ambito dei Sistemi Biorigenerativi di Supporto Vitale per l’esplorazione spaziale umana. Inoltre, per quanto riguarda la ricerca di base, il setup permetterà di meglio definire i limiti della fotosintesi e quindi della vita ossigenica in condizioni di illuminazione e composizioni atmosferiche diverse da quelle terrestri. Questi studi – continua La Rocca – apriranno importanti prospettive per la ricerca di segnali di vita in pianeti extra-solari. Sono già in corso esperimenti di esposizione di cianobatteri a condizioni simulate di luce di stelle rosse nane e atmosfere prive di ossigeno. Questi studi saranno di grande importanza per capire se i pianeti simili alla terra, che sono stati scoperti ruotare attorno a stelle rosse nane come la famosa TRAPPIST-1 e Proxima Centauri, potrebbero consentire la fotosintesi ossigenica e di conseguenza l’evoluzione della vita. I dati ottenuti da queste misure potranno essere confrontati con le rilevazioni delle composizioni atmosferiche di questi pianeti previsti nelle prossime missioni spaziali». Lo studio è stato in parte finanziato dall’Agenzia Spaziale Italiana, con il progetto “Life in space”all’interno del quale l’unità di ricerca di Padova, sotto la responsabilità della Professoressa Nicoletta La Rocca, ha come specifico obiettivo lo studio delle risposte di microorganismi fotosintetici a luci simulate di stelle rosse nane.