Ciò che i ricercatori dell’Istituto Max Planck per la microbiologia terrestre di Marburg hanno realizzato sembra fantascienza: hanno trovato il modo di guidare i processi biologici con l’elettricità: un cavo di ricarica per la biologia, per così dire. Cosa intendono fare i ricercatori?
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Le persone e le piante sono buone riserve di energia
Chi non conosce il famoso film Matrix: gli esseri umani vengono sfruttati dalle macchine come fonte di energia, mentre un mondo virtuale fittizio – Matrix – viene ingannato nella loro immaginazione. Abbastanza spazzatura, spero. Ma non è una sciocchezza: gli esseri viventi sono in realtà buone riserve di energia: Ogni anno nei sistemi biologici vengono immagazzinati più di 130 terawatt di energia, ovvero molte volte di più di quanto gli esseri umani immagazzinano ogni anno in energia elettrica.
Quindi, quanto sarebbe bello se potessimo convertire l’energia elettrica direttamente in energia biochimica, immagazzinarla in una sorta di “bioaccumulatore” e poi riutilizzarla? Questo è ora Ricercatori dell’Istituto Max Planck per la microbiologia terrestre di Marburgo Ci sono riuscito per la prima volta. Questo principio funziona, anche se solo su scala molto piccola.
“Cavo di ricarica” per biologia
Quello che hanno sviluppato i ricercatori di Marburg è, per così dire, un “cavo di ricarica” per la biologia, come spiega Tobias Erb, direttore del Dipartimento di Biochimica e Metabolismo Sintetico:
Proprio come quando vai in vacanza e cerchi il cavo giusto per caricare il tuo cellulare, ora abbiamo trovato un cavo che ci permette di convertire l’energia elettrica direttamente in energia biochimica.
Questa energia biochimica è l’adenosina trifosfato, in breve: ATP. La molecola è conosciuta come la riserva di energia di ciascuna cellula. Maggiore è la quantità di ATP, maggiore è l’energia di cui abbiamo bisogno per crescere, muoverci, ecc. – lo stesso vale per le piante.
Il Dott. Shanshan Luo e il Prof. Dott. Tobias Erb dell’Istituto Max Black per la microbiologia terrestre di Marburg è stato coinvolto nello sviluppo della camera di reazione in cui avviene la fotosintesi artificiale.
MPI di microbiologia terrestre / Virginia Geisel
I ricercatori accorciano l’arduo processo della fotosintesi
Le piante acquisiscono ATP con difficoltà Dall’energia solare: parola chiave fotosintesi. Quindi utilizzano l’ATP per produrre glucosio, che è un importante elemento costitutivo dell’amido e di altre preziose sostanze complesse che possono anche essere benefiche per noi. Ora i ricercatori hanno abbreviato questo processo ad alta intensità energetica in laboratorio. La “fotosintesi artificiale” semplificata apre possibilità completamente nuove:
Questa è una follia. Possiamo effettivamente usare l’elettricità per creare gli elementi costitutivi dell’energia, e in futuro potremmo non dover prima coltivare i raccolti sul campo. Questa è ovviamente una grande visione.
Il nuovo processo richiede molta meno energia
Il nuovo processo rappresenta una prima svolta nel percorso verso questa visione: fino ad ora l’ATP poteva essere prodotto solo chimicamente con grande sforzo o, ad esempio, ottenuto da batteri o cellule in laboratorio. Il gruppo di ricerca di Marburg è ora riuscito a produrre ATP con l’aiuto di “soli” quattro enzimi, senza alcuna cellula attorno.
Questo ha un vantaggio fondamentale: perché invece di dover nutrire le cellule con molte sostanze nutritive, il nuovo processo permette loro di essere alimentate direttamente con elettricità e quindi produrre un prodotto chimico senza dover ingrassare ulteriormente le cellule e perdere molta energia, spiega l’ereditarietà.
La fotosintesi: la base di tutta la vita Gioco educativo
I ricercatori producono antibiotici e biocarburanti
E con il processo semplificato sviluppato dagli scienziati, ora in teoria è necessaria molta meno energia per produrre ATP e utilizzarlo per produrre importanti sostanze preziose come l’amido, ma anche antibiotici o biocarburanti. Secondo il biologo l’efficienza può essere da cinque a dieci volte superiore a quella della fotosintesi naturale – almeno questa è la teoria.
Durante la fotosintesi, il vettore energetico ATP viene prodotto in modo elaborato dall’energia solare. Con l’aiuto dell’ATP le piante possono quindi produrre glucosio ed eventualmente amido e altre preziose sostanze complesse.
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Il concetto è promettente
Ma anche in questo caso è ancora necessario molto lavoro di ricerca. Gli enzimi non sono ancora abbastanza stabili: si degradano troppo rapidamente per un uso a lungo termine. E le quantità di energia trasferita sono ancora molto piccole:
Quanto sia fattibile e quando potrà essere ampiamente utilizzato è un’altra questione. Ma abbiamo dimostrato che è possibile.
Lo strumento può aiutare a proteggere il clima
Il ricercatore vuole partire da questo: il prossimo progetto è già nelle fasi iniziali. In collaborazione con l’Istituto Fraunhofer, il Prof. Erb e il suo team vogliono ora collegare la produzione elettrica di ATP a un altro importante componente della “fotosintesi artificiale”: la rimozione dall’atmosfera dell’anidride carbonica dannosa per il clima.
Questa anidride carbonica può poi essere trasformata, come nelle piante reali, in materiali preziosi. Il biologo sa che c’è ancora molta strada da fare. Ma è fiducioso che le auto a guida autonoma 10 o 20 anni fa fossero ancora una cosa del futuro, e che la fotosintesi artificiale potrebbe anche rappresentare una nuova ondata di sostenibilità tra 10 o 20 anni, dice Erb.
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