I cianobatteri, quelle onnipresenti alghe blu-verdi che si trovano ovunque, dalle sorgenti termali al ghiaccio artico, possiedono un’impressionante capacità di prosperare in ambienti diversi. Un fattore chiave nella loro adattabilità è una struttura che raccoglie la luce chiamata ficobilisoma. Agendo come antenne in miniatura, queste strutture catturano l’energia della luce solare e servono anche come una sorta di protezione solare, proteggendo i batteri dall’eccessiva intensità della luce.
Un componente cruciale in questo sistema protettivo è una proteina nota come proteina carotenoide dell’arancia (OCP). L’OCP agisce “spegnendo” o dissipando l’energia luminosa in eccesso che potrebbe altrimenti danneggiare il meccanismo fotosintetico dei cianobatteri. Questo meccanismo è vitale per la sopravvivenza quando i livelli di luce fluttuano drasticamente, proteggendo questi piccoli organismi da improvvisi sprazzi di sole o dalle mutevoli condizioni sottomarine.
Sebbene gli scienziati sapessero che l’OCP svolgeva un ruolo nella fotoprotezione, il modo esatto in cui interagiva con il ficobilisoma rimaneva poco chiaro. La posizione specifica in cui l’OCP si attaccava a queste complesse strutture di antenne era un mistero, soprattutto date le varie variazioni architettoniche riscontrate nelle diverse specie di cianobatteri.
Decodifica della posizione segreta della protezione solare
I ricercatori dell’Università di Chicago e della Michigan State University hanno collaborato per svelare questo enigma. Si sono concentrati su due architetture di ficobilisomi – una con tre barili e un’altra con cinque – studiando il modo in cui l’OCP si lega a queste strutture distinte. Utilizzando una tecnologia all’avanguardia chiamata spettroscopia a singola particella, sono stati in grado di monitorare il trasferimento di energia a livello nanometrico all’interno di ciascun tipo di ficobilisoma.
I loro risultati, pubblicati negli Atti della National Academy of Sciences, hanno rivelato un notevole adattamento: nonostante il legame in siti diversi all’interno delle due distinte strutture del ficobilisoma, l’OCP ha costantemente fornito lo stesso livello di spegnimento protettivo. Questa adattabilità suggerisce che l’OCP potrebbe essersi inizialmente evoluto per legarsi in un sito specifico ma, nel tempo, ha sviluppato la capacità di funzionare efficacemente in altri luoghi man mano che l’architettura di questi complessi di antenne è cambiata.
Un sistema modulare e adattivo
Questo “equilibrio tra modularità e specificità del sito” evidenzia un principio chiave nella progettazione della natura: l’efficienza attraverso meccanismi adattabili. Il sistema consente flessibilità pur mantenendo prestazioni costanti. Lo studio dimostra che l’OCP non si attacca semplicemente a un singolo punto all’interno del ficobilisoma, ma mostra piuttosto una sofisticata capacità di adattare la sua posizione di legame per adattarsi a diversi progetti architettonici.
Questa ricerca apre strade entusiasmanti per l’esplorazione futura. Squires e il suo team intendono studiare altri meccanismi protettivi all’interno del ficobilisoma, inclusi “interruttori” e “fusibili” che regolano la cattura e il flusso di energia in risposta alle mutevoli condizioni di luce. Comprendere come questi intricati elementi lavorano insieme fornirà informazioni più approfondite sulla straordinaria resilienza dei cianobatteri e ispirerà nuovi approcci biomimetici per progettare piante più adattabili e persino tecnologie energetiche sostenibili.
