Si tratta di un essere vivente vegetale che respira, si sviluppa e converte i raggi solari in nutrimento. Al suo interno, però, custodisce elementi che fino a ieri sembravano appartenere esclusivamente ai laboratori di ricerca avanzata. Parliamo di una pianta bioibrida, un organismo che incorpora componenti ingegneristiche in grado di potenziare capacità naturali quali la sintesi clorofilliana, lo sviluppo e la reattività agli stimoli esterni.
Questa innovazione nasce presso il Sensing Technologies Lab della Facoltà di Ingegneria della Libera Università di Bolzano, dove un gruppo di studiosi, affiancato da altri dipartimenti e centri internazionali, ha dato vita al primo esemplare vegetale completamente bioibrido inserendo nanoparticelle direttamente nei suoi tessuti. Il risultato è un organismo che sfrutta meglio l’energia luminosa, si espande maggiormente e apre scenari concreti nel sequestro dell’anidride carbonica e nella generazione di bioenergia.
Maggiore captazione luminosa, sviluppo accelerato e CO₂ ridotta
La specie scelta è l’arabetta comune, Arabidopsis thaliana, tra le più analizzate dalla comunità scientifica e la prima il cui codice genetico è stato completamente decodificato. Utilizzarla consente di monitorare ogni variazione con estrema accuratezza.
All’interno di questo vegetale sono state incorporate nanoparticelle di poly(3-hexylthiophene), indicate con la sigla P3HT. Si tratta di un polimero organico formato da lunghe sequenze di unità molecolari ricche di carbonio che si susseguono come gli anelli di una catena. Questo materiale è in grado di condurre elettricità ed è già oggetto di studi per celle fotovoltaiche flessibili ed elettronica ecologica.
Le particelle hanno dimensioni estremamente ridotte, circa cinquecento volte inferiori allo spessore di un capello. Questa caratteristica permette alle radici di inglobarle e di distribuirle fino alle foglie. Qui agiscono come microscopiche antenne che catturano anche la luce verde, una porzione dello spettro luminoso che i vegetali sfruttano meno rispetto alle lunghezze d’onda blu e rosse. Espandere la gamma di radiazioni utilizzabili significa potenziare il processo di sintesi clorofilliana.
I risultati mostrano un miglioramento evidente. Gli esemplari trattati con P3HT sviluppano radici più estese del 45% rispetto ai gruppi di controllo. La massa vegetale aumenta fino al 17%. L’assorbimento netto di CO₂ cresce dell’11%, indicando un’attività fotosintetica più efficace. Le foglie si ampliano, il sistema radicale si consolida, l’intero organismo appare più robusto.
Applicazioni per agricoltura ed energia rinnovabile
La ricerca è stata pubblicata su Materials Horizons. Oltre alla Libera Università di Bolzano, hanno partecipato la Fondazione Bruno Kessler, Eurac Research, la Ludwig-Maximilians-Universität di Monaco, l’Istituto dei Materiali per l’Elettronica e il Magnetismo del Cnr ed Elettra Sincrotrone Trieste.
L’aspetto più innovativo riguarda l’incorporazione in vivo delle nanoparticelle nell’intero organismo vegetale. Le P3HT-NPs penetrano attraverso le radici, si diffondono nei tessuti e raggiungono le foglie, dove vengono rilevate tramite microscopia confocale come minuscoli punti luminescenti di dimensioni inferiori al micrometro. La loro presenza indica un’interazione con la clorofilla capace di supportare il trasferimento di elettroni nei tilacoidi, grazie a un allineamento energetico tra i livelli elettronici delle nanoparticelle e quelli del pigmento verde che favorisce uno scambio energetico.
Il panorama che si delinea è quello di un vegetale bioibrido capace di ottimizzare l’utilizzo della radiazione solare e di convertirla in sviluppo e sequestro di CO₂. Le possibili applicazioni spaziano dall’agricoltura sostenibile ai sistemi di energia rinnovabile, con la prospettiva di organismi vegetali più performanti nel trattenere carbonio e nel rilasciare ossigeno.
Rimangono da approfondire gli studi sull’impatto ecologico nel lungo periodo, sulla permanenza delle nanoparticelle nel terreno e sull’interazione con gli ecosistemi. Le future indagini si concentreranno sui parametri fotosintetici basati sulla fluorescenza della clorofilla, sulla localizzazione subcellulare tramite microscopia elettronica e sull’analisi dei tempi di vita della fluorescenza per comprendere meglio i meccanismi a livello di organello.
Questo vegetale bioibrido rappresenta un confine che si espande. Biologia e scienza dei materiali si incontrano dentro una foglia, e da lì emerge una riflessione più ampia su come ripensare energia, agricoltura e clima.
Fonte: UniBZ – Materials Horizons