La fotosintesi è una reazione chimica fondamentale per la vita sulla Terra così come la conosciamo; l’adozione del ciclo fotosintetico (detto di “Calvin-Benson”) ha avuto un impatto enorme sul modo in cui il carbonio viene assorbito e fissato dagli esseri viventi, e le forme di vita vegetali e animali ne dipendono per il proprio sostentamento. Non è chiaro tuttavia quando di preciso si sia originata, né da dove.

Esistono due enzimi, generalmente considerati unici del ciclo Calvin-Benson e responsabili della fissazione dell’anidride carbonica e dell’incorporazione del carbonio in composti organici (zuccheri). In precedenza, era stata dimostrata l’esistenza di geni capaci di codificare per uno di questi due enzimi in alcuni batteri primitivi, ma non per l’altro. Un team di ricerca delle università giapponesi di Kobe e Ritsumeikan ha ora identificato un archeobatterio metanogenico (produttore di metano), Methanospirillum hungatei, che esiste da prima della fotosintesi, e nel quale avviene un percorso metabolico che coinvolge entrambi gli enzimi.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, parte dall’analisi degli enzimi sintetizzati da questi geni e delle sostanze metaboliche presenti in questi microrganismi, per evidenziare i legami evolutivi e funzionali tra i percorsi metabolici del carbonio negli archeobatteri metanogenici e negli organismi fotosintetici (che cioè sfruttano la luce solare per produrre sostanze organiche). I ricercatori hanno evidenziato come in M. hungateri si verifichi un percorso di sintesi di glucosio molto simile al ciclo della fotosintesi, che ne differisce solo in un numero limitato di fasi.

In M. hungateri, tuttavia, il ciclo non permette di rendere l’organismo del tutto autosufficiente come gli organismi fotosintetici. Gli sperimentatori hanno osservato in confronto a questi ultimi, in M. hungateri il metabolismo del carbonio è piuttosto basso perché è alimentato dal meccanismo di metanogenesi, che negli archeobatteri permette una produzione energetica piuttosto bassa. Solo in condizioni di metanogenesi molto attiva il percorso metabolico del carbonio negli archeobatteri è sostenibile.

Gli autori dello studio speculano che il ciclo fotosintetico Calvin-Benson potrebbe essersi originato a partire da un percorso metabolico primitivo simile a quello osservato nell’archeobatterio. Queste informazioni potrebbero essere impiegate per guidare la ricerca sulla fotosintesi artificiale, con ricadute sulla resa alimentare dei raccolti e sullo sviluppo dei biocarburanti.


Fonte:
Kono et al., A RuBisCO-mediated carbon metabolic pathway in methanogenic archaea (2017), Nature Communications 8, doi: 10.1038/ncomms14007

Immagine di Anthony d’Onofrio, licenza CC BY 2.0