SCOPERTE

Avere il pollice verde comporterà risparmi nella bolletta del futuro?

Secondo alcune ricerche è possibile trasmettere alle piante la capacità delle lucciole di emettere luce, ma si dovrà lavorare ancora su durata e intensità luminosa.

SCOPERTE – E se un giorno si potesse leggere un libro grazie alla luce emessa da una pianta e i lampioni venissero sostituiti da alberi? Secondo la ricerca pubblicata sulla rivista Nano Letters da un gruppo di scienziati della University of California e del Massachusetts Institute of Technology (MIT), non si tratta di un’eventualità così improbabile. Inserendo alcune nanoparticelle specializzate nelle foglie del crescione d’acqua – che forse qualcuno apprezza come insalata a pranzo –  i ricercatori sono riusciti a far loro emettere una tenue luce per quasi quattro ore. Non ancora sufficiente per illuminare un ufficio durante l’intera giornata lavorativa, ma forse non si è così lontani da una lampada da lettura.

Grazie alla luminescenza delle lucciole, le piante potrebbero aiutarci a ridurre la nostra dipendenza dalle fonti di luce convenzionali. Crediti immagine: Seon-Yeong Kwak.

Per quanto in natura siano presenti diversi organismi bioluminescenti, le piante non sono tra di essi. Alcuni viventi possono emettere luce grazie a reazioni chimiche nelle quali si converte l’energia chimica in energia luminosa; questa capacità ha sempre affascinato gli esseri umani, che hanno cercato di rendere le piante brillanti in vari modi. Uno di questi è stato l’ingegneria genetica: per rendere decorative le piante di tabacco sono stati inseriti i geni di batteri luminescenti o lucciole all’interno del loro patrimonio genetico. Ma si tratta di tecniche complesse: bisogna inserire la giusta sequenza nella posizione adatta. In più, la luce che era stata prodotta in questo modo era estremamente tenue, e gli studi effettuati non potevano essere applicati anche su altre piante. Il metodo del gruppo del MIT, invece, può essere utilizzato su qualsiasi pianta – al momento si è sperimentato con successo su rucola, cavolo riccio e spinaci – e il crescione aveva la luminosità di un LED da 1 microwatt, circa 100 000 volte in più di qualsiasi pianta di tabacco geneticamente modificata.

Il fine del gruppo, pioniere nella nanobionica vegetale, è quello di fornire alle piante nuove funzionalità, grazie a diversi tipi di nanoparticelle, permettendo loro di sostituire, in alcuni casi, i dispositivi elettrici. All’attivo hanno già vegetali in grado di individuare gli esplosivi e comunicare l’informazione a uno smartphone, o piante che possono monitorare lo stato di siccità. L’illuminazione, responsabile di circa il 20% del consumo di energia nel mondo, è diventata il nuovo obiettivo. “Le piante sono in grado di ripararsi da sole, hanno la propria energia, sono già adattate alla vita all’aria aperta. Crediamo sia giunta l’ora di dedicarsi a questa idea. È il problema perfetto per la nanobionica vegetale.”, ha commentato Michael Strano, professore di ingegneria chimica al MIT.

In futuro gli alberi potrebbero essere utilizzati per illuminare le strade, al posto dei lampioni.

Per avere un controllo maggiore sul processo, gli ingegneri guidati da Strano hanno creato minuscole nanoparticelle in grado di dirigersi verso destinazioni specifiche all’interno della pianta. I ricercatori hanno utilizzato la luciferasi, l’enzima che dona alle lucciole il loro caratteristico bagliore. Questa agisce su una molecola detta luciferina, facendole emettere luce, anche grazie al coenzima A che agevola il processo, rimuovendo un sottoprodotto della reazione che inibisce l’azione della luciferasi. Gli ingegneri hanno inserito ognuna di queste tre componenti in una diversa tipologia di nanoparticelle trasportatrici – che la U.S. Food and Drug Administration ha classificato come “generalmente considerate sicure” – per aiutarle a raggiungere la parte giusta della pianta, senza farle arrivare a concentrazioni che potrebbero risultare tossiche per essa. Per far entrare le particelle all’interno delle foglie, le si diluisce in una soluzione, nella quale vengono poi immerse anche le piante. Applicando una pressione elevata, le particelle entrano nelle foglie attraverso minuscoli pori chiamati stomi. La luciferasi viene portata all’interno delle cellule del mesofillo (l’insieme dei tessuti che compongono la foglia), mentre coenzima A e luciferina rimangono nello spazio extracellulare. Quest’ultima viene liberata gradualmente, entra nelle cellule e a quel punto avviene la reazione chimica che ha, come risultato, quello di produrre un bagliore.

All’inizio del progetto la luce durava solo 45 minuti, ora i ricercatori sono già a 3 ore e mezza. La luce generata da una piantina di crescione alta 10 centimetri, però, è ancora troppo fioca: circa un millesimo di quella che servirebbe per leggere. Gli scienziati sono convinti di poter incrementare anche l’intensità luminosa, com’è avvenuto per la durata, ottimizzando le concentrazioni e le velocità con cui vengono rilasciati i diversi componenti.

I ricercatori sperano di poter far evolvere questa tecnologia, sviluppando, per esempio, un modo di spennellare o nebulizzare le nanoparticelle sulle foglie, in modo da trasformare gli alberi e altre piante di grandi dimensioni in fonti di luce. L’idea sarebbe quella di effettuare il trattamento al germoglio o alla pianta adulta, con effetti in grado di durare per tutta la sua vita. In più, c’è anche la possibilità di spegnerla, grazie a un inibitore della luciferasi: questo permetterebbe di sincronizzare l’emissione di luce con le condizioni ambientali, come la luce solare.

@giuliavnegri89

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Giulia Negri
Comunicatrice della scienza, grande appassionata di animali e mangiatrice di libri. Nata sotto il segno dell'atomo, dopo gli studi in fisica ha frequentato il Master in Comunicazione della Scienza “Franco Prattico” della SISSA di Trieste. Ama le videointerviste e cura il blog di recensioni di libri e divulgazione scientifica “La rana che russa” dal 2014. Ha lavorato al CERN, in editoria scolastica e nell'organizzazione di eventi scientifici; gioca con la creatività per raccontare la scienza e renderla un piatto per tutti.

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