La fotosintesi studiata nello spazio

Qualche settimana fa è stato in orbita intorno alla Terra, a 300 chilometri dal suolo il satellite «Foton», che trasportava una serie di esperimenti con lo scopo di studiare le reazioni di organismi biologici alle condizioni esistenti nello spazio. Uno speciale modulo, «Biopan», ha permesso di esporre alla radiazione cosmica dei biomateriali rimanendo aperto in orbita. Il rientro della navicella è avvenuto il 16 giugno nel Kazachstan, dopo un viaggio iniziato il 31 maggio. L'esperimento italiano «Photo», condotto dal gruppo guidato da Maria Teresa Giardi del CNR, è uno degli aspetti di punta della missione «Foton». Un sostanziale contributo alla ricerca viene dal gruppo dell’Infn di Torino guidato da Alba Zanini specializzato in dosimetria delle radiazioni ionizzanti. Qual è l'oggetto di questo studio interdisciplinare e perché i risultati dell'esperimento sono di cruciale importanza per il futuro dell'esplorazione spaziale? L'esperimento «Photo» ha lo scopo di analizzare la possibilità di far sopravvivere e sviluppare organismi fotosintetici ossigenici nello spazio, piante superiori o microrganismi, come alghe e cianobatteri. L'importanza dello studio è data dal fatto che si prospetta il loro utilizzo in ambienti estremi sia per la capacità di sviluppare ossigeno, sia perché possono costituire biomassa e offrire nutrimento. La principale difficoltà per la permanenza degli organismi biologici nello spazio (compreso l'uomo) è data da radiazioni di energie e intensità variabili, che provengono sia dagli spazi interstellari (raggi cosmici galattici - GCR), sia dalla attività solare (raggi cosmici solari - SCR). Queste radiazioni sono difficili da misurare e solo in parte schermabili; possono provocare danni agli esseri umani e modificare la fisiologia degli organismi biologici più semplici. L'oggetto della ricerca è l'analisi delle modifiche subite dai processi fotosintetici, catalizzati dal complesso enzimatico Fotosistema II, in relazione all’esposizione alla radiazione cosmica. Lo strumento che è stato mandato in orbita è realizzato mediante un’interfaccia fra componenti elettronici e biomateriale. E’ la prima volta che l'esperimento di un gruppo italiano viene ospitato a bordo di satelliti dell’Agenzia spaziale europea dedicati allo studio delle possibilità di sopravvivenza in missioni di lunga durata. Poiché la ricerca in corso è molto promettente, è già stato approvato un secondo volo, pianificato per il 2006, che prevede soluzioni bio-ingegneristiche più avanzate. Sempre nel 2006 opereranno sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) altri strumenti realizzati dal team per lo studio degli effetti fisiologici delle radiazioni ionizzanti e dell'assenza di peso su microrganismi fotosintetici. I risultati dell'esperimento contribuiranno a gettare le basi per la realizzazione di ciò che fino a ieri era fantascienza: l'esplorazione e la colonizzazione umana dei pianeti del sistema solare. Che cos'è il Fotosistema II? Si tratta di un complesso multienzimatico clorofilla-proteina presente nelle membrane tilacoidali di piante superiori e microrganismi come alghe e cianobatteri. Il Fotosistema II usa la luce per catalizzare una serie di reazioni molecolari che danno come risultato il trasporto di elettroni e la separazione dell'acqua in ossigeno molecolare e protoni. Queste reazioni controllano direttamente la produzione dell'ossigeno atmosferico e indirettamente la produzione di quasi tutta la biomassa del nostro pianeta. L'importanza del Fotosistema II per la vita biologica è dunque fondamentale, ma le sue proprietà catalitiche non sono state ancora riprodotte in laboratorio, né la sua chimica è, ad oggi, completamente compresa. Di qui il parere favorevole dato dall’Agenzia Spaziale Europea ad una proposta di ricerca sugli effetti dell'ambiente spaziale sul Fotosistema II fatta da un pool di istituti, centri di ricerca e piccole industrie italiane. L'Agenzia Spaziale Italiana, ASI, ha co-finanziato il progetto.

Dania Esposito
CNR, Istituto di cristallografia, Roma 1