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LE PIANTE DEI NOSTRI BOSCHI:

COME SONO FATTE E COME “FUNZIONANO”

(breve viaggio nella botanica) – seconda parte

CENNI SULLA FOTOSINTESI E SULLA RESPIRAZIONE

di Gian Lorenzo Calzoni

Dopo aver brevemente descritto l’organizzazione interna delle piante (“al sâs” - n.3), in questo numero passo ad illustrare sinteticamente come “funzionano”. Questi due argomenti sono strettamente correlati tra loro: infatti sia l’anatomia (come sono fatte) che la fisiologia (come funzionano) delle piante sono state contemporaneamente coinvolte da un lungo susseguirsi di processi evolutivi (e quindi al proposito si può parlare di co-evoluzione) che nell’arco di migliaia e migliaia di anni hanno portato, grazie a infiniti ed incessanti “ritocchi”, alle attuali forme vegetali, sia per quanto riguarda il loro aspetto, che per quanto riguarda il loro modo di vivere.

Le illustrazioni apparse nel precedente numero della rivista possono integrare il presente testo.

Le piante, dal punto di vista fisiologico, sono caratterizzate essenzialmente da due processi fondamentali:

  1. FOTOSINTESI

  2. RESPIRAZIONE

Di questi due aspetti segue una concisa descrizione. Libri e libri sono stati scritti al proposito; dal canto mio cercherò di dare un quadro il più semplice possibile e necessariamente concentrato (ma non per questo meno corretto) di questi processi. Spero con ciò di accontentare sia i lettori più curiosi ed esigenti che quelli dotati di poca pazienza.

a) FOTOSINTESI

Dai tempi di Aristotele (384-322 a.C.) e sino a circa 300 anni or sono si è continuato a pensare semplicisticamente che le piante per accrescersi assumessero le sostanze dal terreno. Ai primi del ‘700 un medico belga tentò, finalmente, di chiarire come andassero realmente le cose. Mise una piantina in un vaso con terriccio e dopo 5 anni notò che la pianta era aumentata di 75 kg, mentre il peso del terriccio era rimasto praticamente inalterato. Quindi per accrescersi la pianta dava evidentemente un fondamentale contributo “personale” al proprio aumento ponderale, con neosintesi di materiale.

Verso la fine del ‘700 un altro ricercatore riportava di aver scoperto per caso un metodo per rigenerare l’aria in un ambiente chiuso. Si accorse che l’aria, modificata precedentemente dalla combustione di alcune candele, con l’introduzione nell’ambiente stesso di una pianta di menta veniva rigenerata. Per questo ed altri simili studi gli fu conferita una medaglia con questa interessante motivazione: “Per le sue scoperte che ci hanno permesso di capire che nessuna pianta cresce invano, ma ripulisce e purifica l’atmosfera.”

Oggi possiamo affermare che la fotosintesi, processo caratteristico delle piante verdi, è la via attraverso la quale passa tutta l’energia che entra nella biosfera; consiste nella trasformazione in composti organici, (prevalentemente carboidrati) dell’anidride carbonica (CO2) presente nell’aria - o nel caso delle piante acquatiche disciolta nell’acqua - e dell’acqua (H2O). Questa sintesi chimica si compie, grazie all’azione della luce, nelle parti verdi delle piante e porta quindi alla trasformazione di sostanze semplici come CO2 e H2O in sostanze più complesse, ricche di energia, con produzione parallela di ossigeno.

Ogni giorno grazie al processo fotosintetico si producono nel mondo più di 150 miliardi di tonnellate di zuccheri. Senza questo continuo flusso di energia solare, raccolta e trasformata nelle cellule vegetali esposte alla luce, la vita sul pianeta si ridurrebbe fino a cessare completamente.

Semplificando e riducendo il tutto all’essenziale possiamo quindi schematizzare il processo fotosintetico, che caratterizza gli organismi autotrofi (cioè quegli organismi in grado di produrre autonomamente composti organici necessari per la vita), come segue (vedi figura, leggendo all’interno del box da sinistra verso destra):

Anidride carbonica + Acqua + Energia luminosa = Glucosio + Ossigeno + Acqua

Questo tipo di reazione, che si realizza con assorbimento di energia, viene definita endoergonica.

La fotosintesi si può suddividere in due fasi.

- La prima fase consiste nella cattura dell’energia luminosa da parte di molecole di pigmenti recettori (come clorofilla e carotenoidi) presenti essenzialmente nelle foglie; questa energia viene “intrappolata” in molecole (anidride carbonica) che sono utilizzate nella seconda fase. Dunque si può dire che in questo primo stadio della fotosintesi si ha la conversione dell’energia luminosa del sole in energia chimica.

- Nella seconda fase della fototsintesi, grazie all’utilizzo dell’energia intrappolata nella prima fase, si realizza la conversione della anidride carbonica in composti organici ad alto contenuto energetico (zuccheri), con produzione di ossigeno.

b) RESPIRAZIONE

Le piante verdi oltre a compiere “in esclusiva assoluta” la fotosintesi clorofilliana realizzano, questa volta in “condominio” con tutti gli altri organismi viventi, un altro fondamentale processo quale la respirazione. Con la respirazione cellulare si produce energia chimica grazie alla “combustione” di zuccheri in presenza di ossigeno, con sviluppo di anidride carbonica e vapor acqueo: respirando tutte le cellule (sia animali che vegetali) ottengono dallo zucchero l’energia necessaria a tutte le loro complesse funzioni vitali.

Per inciso, ricordo che l’emissione dalla superficie fogliare di acqua, sotto forma di vapore (traspirazione), comporta la diffusione del vapor acqueo nell’atmosfera esterna alla foglia; ciò si realizza in modo più o meno intenso a seconda delle condizioni ambientali in cui vive la pianta, consentendole comunque di mantenere la propria temperatura entro limiti fisiologici ed evitare così pericolosi colpi di calore.

Si può quindi riassumere il processo respiratorio, che caratterizza gli organismi eterotrofi, come segue (vedi figura a colori, leggendo all’interno del box da destra verso sinistra):

Glucosio + Ossigeno = Anidride carbonica + Acqua + Energia chimica

Questa tipo di reazione, che si realizza con liberazione di energia, viene definita esoergonica.

I processi schematizzati all’interno dei due box precedenti in realtà avvengono tramite sequenze di numerose reazioni chimiche intermedie, ciascuna delle quali viene promossa e stimolata (cioè catalizzata) da un enzima specifico.

Al di là della notevole complessità di fotosintesi e respirazione, una cosa balzerà certamente agli occhi anche del più distratto lettore: essi sono in pratica “speculari” l’uno dell’altro. In un caso (fotosintesi) l’energia del sole viene intrappolata nei carboidrati, nell’altro caso (respirazione) l’energia viene liberata dai carboidrati che vengono “bruciati” in presenza di ossigeno.

Quindi nel complesso è possibile comparare le reazioni sopra descritte ad una sorta di pila ricaricabile, con possibilità ora di accumulare energia, ora di cederla.

In realtà, nelle piante esposte alla luce del giorno, sono presenti contemporaneamente entrambi i processi, con netta prevalenza della fase di “ricarica”; nottetempo cessa la fotosintesi, ma non la respirazione: quindi la batteria tende a scaricarsi.

Semplici valutazioni di tipo estetico dovrebbero portare ad una maggior considerazione per boschi, prati, siepi. Ma anche chi dovesse essere più attratto da cemento e autostrade sappia comunque che senza le piante la vita sulla terra verrebbe irrimediabilmente a cessare.

Una sana inversione di rotta sarebbe quanto mai opportuna: impariamo a rispettare davvero l’ambiente, credo che di questi tempi siano già troppi coloro che cercano di rovinare la vita sulla terra.

Bibliografia

G.L. CALZONI - A.SPERANZA, Guida alle esercitazioni di botanica. Bologna, 1985.

RAVEN P.H.- EVERT R.F.- CURTIS H., Biologia delle piante. Bologna, 1995.

A. SPERANZA - G.L. CALZONI, Struttura delle piante in immagini. Bologna, 1996.

G.L.CALZONI, Le piante dei nostri boschi: come sono fatte e come “funzionano”. Prima parte. “al sâs” n.3. 2001.