La Vista delle Piante

Le piante ci vedono?
Ovviamente tutti sappiamo che le piante non hanno occhi, e per moltissimo tempo si è creduto che non possedessero nemmeno la vista. 
In realtà prima di tutto bisognerebbe capire e definire precisamente cos'è la vista. 

Ci viene naturale associare l'atto di vedere alla presenza di occhi, e forse se si parla del regno animale questo può essere anche vero, ma cosa si può dire delle piante?
Secondo molte definizioni oggi accettate dalla scienza la vista è il "senso della luce e degli oggetti illuminati". Questo cambia tutto nella nostra percezione di che cosa vuol dire vedere e di che cos'è la vista, e cambia tutto ciò che abbiamo sempre creduto di sapere sulle piante.

La luce è il cibo delle piante: la fotosintesi

Basta pensare a un girasole per capire che le piante non sono affatto immuni agli stimoli luminosi.
Ma non solo, facendo una passeggiata in un bosco ci si accorge subito di come alberi e piante di vario genere siano impegnate in una lotta senza esclusione di colpi per ricevere fino all'ultimo raggio di sole disponibile. 
E come dar loro torto? 
In fondo dobbiamo pensare che la luce solare è la loro più importante fonte di sostentamento, il loro cibo se vogliamo, la portata principale della loro dieta basata sulla fotosintesi.
La Fotosintesi Clorofilliana è un processo biochimico che permette alle piante di sintetizzare il glucosio di cui hanno bisogno utilizzando la luce solare come fonte di energia.
E' un processo composto da due fasi:

• Fase Luminosa: grazie al pigmento verde chiamato clorofilla, le piante catturano la luce solare dando inizio a una serie di reazioni chimiche che portano alla formazione di molecole denominate ATP e NADH.

• Fase Oscura o Ciclo di Calvin: in questa fase la pianta usa l'ATP e la NADH prodotte durante il giorno per trasformare l'anidride carbonica che prende dall'atmosfera in molecole di Glucosio o di altre componenti necessarie alla sua sopravvivenza.

Lo scarto di questo complesso processo biochimico è l'Ossigeno.
Certo, in una serie di reazioni così elaborate intervengono anche moltissimi altri nutrienti, come l'acqua e i sali minerali, che la pianta assorbe attraverso le radici; si può tuttavia dire che la luce è il motore principale della Fotosintesi e la pianta ha un bisogno disperato di trovarla.

Piante che seguono il sole: il Fototropismo

Se la luce è così importante, non sorprende che le piante abbiano sviluppato un'incredibile capacità di muoversi verso di essa, modificando la posizione delle foglie ma anche crescendo nella sua direzione.
Questo movimento è detto Fototropismo. 
Quando due piante si trovano a vivere molto vicine la competizione per la luce è una faccenda molto reale, perchè la più alta fa ombra alla più bassa. 
Questo porta le piante a crescere più rapidamente in altezza per superare la rivale, una competizione chiamata fuga dall'ombra, e che era noto fin dall'antica grecia!
Se mettiano una piantina in una scatola chiusa e lasciamo una sola apertura per far entrare la luce, noteremo che quella pianta crescerà nella direzione del foro fino a uscirne per ricevere più luce possibile.

Esempio di Fototropismo

Il Fototropismo è un comportamente che è stato a lungo ignorato e sottovalutato, ma che esperimenti più recenti hanno studiato più approfonditamente, scoprendo che le piante sono davvero molto più intelligenti di quanto non pensassimo.
Una crescita rapida come quella della fuga dall'ombra, ma anche il dirigersi deliberatamente verso la fonte luminosa, denota un complesso calcolo dei rischi e dei benefici; ci vuole un gran dispendio energetico, infatti, potrebbe addirittura essere fatale, eppure il beneficio rappresentato dalla luce vale l'investimento fatto.

Occhi chimici

Se è evidente, quindi, che le piante hanno percezione della luce e si muovono per raggiungerla, è altrettanto evidente però l'assenza di occhi.

Come fa quindi la pianta a vedere la luce?

Grazie a una serie di molecole che agiscono da fotorecettori, in grado cioè di ricevere e trasmettere informazioni sulla direzione da cui  i raggi luminosi provengono e sulla loro qualità

La pianta, infatti, non è solo in grado di riconoscere la luce dall'ombra, ma riesce ad avere informazioni anche sulla sua lunghezza d'onda.

Questi fotorecettori sono: i fitocromi, le fototropine e i criptocromi.

Strutture dei fotorecettori

Queste molecole sono proteine sensibili a specifiche lunghezze d'onda della luce (il rosso, l'infrarosso, il blu e l'ultravioletto). Quando la luce le colpisce, modificano la loro struttura e la loro conformazione inviando così un certo segnale alla pianta che fornisce tutte le informazioni necessarie perchè veda.

Se nell'uomo e negli animali più evoluti i fotorecettori si trovano nell'occhio e l'impulso elettrivo viene inviato al cervello, nelle piante non abbiamo nè occhi nè cervello. 

Dove sono posizionati quindi questi recettori?

Nel mondo vegetale, tutte le facoltà sono presenti su tutta la pianta, e lo stesso vale per i fotorecettori che servono a percepire la luce. La maggior parte di essi sono situati sulle foglie, ma ce ne sono anche sullo stelo, i viticci, i germogli e persino nel legno cosiddetto verde.

E' come se la pianta fosse ricoperta di migliaia di minuscoli occhi.

Nel 1905 il botanico Gottlieb Haberlandt ipotizzò persino la presenza sulla pianta di piccoli ocelli, una sorta di occhio primitivo formato da minuscole lenti concave o convesse, esattamente come il cristallino che si trova nella struttura degli occhi umani, che oltre all'idea di luce restituiscono alla pianta anche le forme. 

Schema di un ocello

Le teorie di Haberlandt non hanno mai trovato una conferma sperimentale, ma sicuramente negli ultimi anni il mondo vegetale ha riacquistato dignità presso gli scienziati, che si sono resi conto sempre di più di come le piante non siano semplicemente degli esseri immobili. L'intelligenza delle piante è sempre più studiata e sempre più evidente studio dopo studio, e ora che gli esperimenti rivelano anche un po' del modo in cui percepiscono il mondo, dobbiamo riconoscere evidentemente come molto più che un ornamento.

Chissà, forse la conoscenza dell'intelligenza vegetale a partire dalla comprensione di come vedono e sentono il mondo, può aiutarci non solo a vivere meglio e in armonia con loro sul nostro pianeta, ma anche a dare una svolta alla nostra ricerca di intelligenze aliene.

I colori dell'autunno, o del perché le foglie diventano rosse

L'Autunno è una stagione meravigliosa: si possono mangiare le castagne leggendo un bel libro accanto al fuoco mentre si sorseggia vino rosso, la notte di Halloween è piena di bambini in maschera e dolciumi, inizia a fare freddo ma non così tanto da scoraggiare una passeggiata nel parco ad ammirare i colori delle foglie.
Già, le foglie in autunno sono uno spettacolo magnifico. Ma vi siete mai chiesti perché da verdi, in estate, diventano rosse e gialle in questo periodo dell'anno, appena prima di cadere?
In realtà la domanda ha una risposta piuttosto semplice e può ricondursi fondamentalmente alla presenza o meno di una molecola fondamentale e che tutti almeno una volta nella vita hanno sentito nominare: la clorofilla.

La clorofilla e le sfumature del verde

Isolata per la prima volta nel 1817 dal chimico francese  Joseph Bienaimé Caventou, è un pigmento verde (ma in realtà a seconda dei vari tipi di clorofilla presenti in natura può essere anche giallastro) che si trova all'interno di specifiche cellule, i cloroplasti, in cui avviene la fotosintesi. 

Il processo fotosintetico è molto complesso ma può essere riassunto in due fasi principali: 

• la fase luminosa in cui la pianta trasforma l'energia fornita dalla luce solare in energia chimica; in questo processo intervengono due diversi tipi di clorofilla (principalmente la clorofilla a e la b) ma anche altre molecole come i carotenoidi.
• la fase oscura (che nonostante il nome avviene in contemporanea a quella luminosa e vi partecipano anche enzimi attivati proprio dalla luce) in cui l'anidride carbonica presente nell'aria viene immagazzinata dalla pianta e si produce ossigeno.

La clorofilla, quindi, è di grandissima importanza per le piante perché è grazie ad essa se riescono a respirare, a crescere, in sostanza a vivere. Se si guarda la struttura di questa molecola si può notare che è incredibilmente simile a un'altra molecola fondamentale alla vita, cioè l'emoglobina, responsabile della respirazione di tutti gli animali, compreso l'uomo.

Proprio come il gruppo eme dell'emoglobina, la clorofilla è formata da un anello (chiamato clorina) al cui centro vi è un atomo di Magnesio (invece del Ferro del gruppo eme). A questo anello vi sono poi legati diversi gruppi di atomi (gruppi funzionali) a seconda di quale tipo di clorofilla si prende in considerazione.

L'anello è particolarmente importante perché è proprio grazie alla sua struttura se la clorofilla può svolgere un ruolo così importante nella vita delle piante ed è anche grazie a esso se la vediamo di quel bel colore verde.

La presenza di una struttura così complessa e ricca di elettroni, infatti, fa sì che possa assorbire molta energia da convogliare poi in una specie di processo di produzione in cui si ottiene alla fine energia chimica per la pianta, inoltre permette che l'unica energia che non viene assorbita sia quella corrispondente al colore verde dello spettro solare.

Durante la primavera e l'estate, le piante producono una grandissima quantità di clorofilla, tale da nascondere con il suo colore qualsiasi altro, ed è per questo che gli alberi ci appaiono così nei mesi estivi.

Dal rosso al giallo: i carotenoidi

Non c'è solo la clorofilla a far respirare alberi e arbusti, ci sono anche loro: i carotenoidi! Questa importantissima classe di molecole non solo partecipa alla catena di trasporto dell'energia, ma fungono anche da protezione per il centro di reazione.

Sono molecole molto varie e ce ne sono veramente tantissime (circa 600!), ma sicuramente tutti almeno una volta nella vita hanno sentito parlare del famoso Beta-Carotene.

La lunga catena di atomi di carbonio caratteristica di questa classe di composti è anche responsabile della colorazione che può spaziare dal giallo pallido al rosso acceso: gli elettroni, infatti, possono percorrere questa catena più o meno liberamente a seconda del numero e della vicinanza dei legami doppi che la compongono. Questo fa sì che la luce solare riflessa da queste molecole sia quella specifica che va dal giallo al rosso, a seconda della lunghezza della catena

Durante l'autunno, l'aumento delle ore notturne provoca la diminuzione della produzione di clorofilla nelle piante, fino a diventare quasi nulla. 

Liberi dal loro concorrente verde, i carotenoidi sono ora i protagonisti e colorano le foglie di tutti quei magnifici colori dal rossiccio al giallo all'arancione che si possono ammirare in un parco a novembre.

Naturalmente la non presenza di clorofilla e quindi l'assenza di attività fotosintetica, porta anche alla morte delle foglie che, di conseguenza, si seccano e cadono.

Rosso e viola: le antocianine

Un'ultima classe di pigmenti responsabile del colore delle foglie autunnali è quella degli antociani, o antocianine.

Queste molecole non partecipano alla fotosintesi, ma svolgono un ruolo protettivo in moltissime piante, assorbendo i raggi ultravioletti dannosi. Il loro colore può variare dal rosso acceso al viola al blu e dipende sia dalla struttura che dal pH del mezzo in cui si trovano o ancora dalla presenza di alcuni metalli con cui le antocianine si legano per formare dei complessi.

Non sono presenti in tutti i tipi di piante, ma sono responsabili dei colori rossi e blu di molte bacche come i ribes, le fragole o le ciliegie e in molte di quelle piante le cui foglie cadono in autunno

Quando la clorofilla non c'è...

Che siano gialle o rosse, su un grande albero o cadute sul sentiero, quando la clorofilla non diminuisce è il momento di tutte quelle altre molecole, spesso dimenticate e poco conosciute, ma ugualmente importanti, di diventare protagoniste e regalarci tutti i colori dell'autunno!

Per approfondire:

• http://www.treccani.it/enciclopedia/fotosintesi-clorofilliana/
• Color Chemistry_ Syntheses, Properties, and Applications of Organic Dyes and Pigments - Heinrich Zollinger 

I raggi UV, le creme solari e il misterioso oxibenzone

Ah, l'estate!

Il caldo asfissiante, il sudore, i mezzi pubblici che diventano delle trappole mortali... fortuna che abbiamo il mare a rendere più sopportabili i mesi fra maggio e ottobre!

Ogni estate milioni di Italiani e non si catapultano in spiaggia, alla ricerca di refrigerio, divertimento e della tintarella perfetta da sfoggiare una volta tornati a lavoro.

E ogni anno tutti, dal telegiornale, alla parrucchiera, alla signora Lucia del piano di sopra, ci ricordano l'importanza di proteggerci dai raggi solari, quelli che fanno venire il cancro, signora mia, e poi la notte non dormi perché ti sei bruciata!

Conviene sempre dare ascolto alla signora Lucia di turno, infatti è importantissimo proteggersi adeguatamente dai raggi solari, soprattutto in spiaggia dove si ha un'esposizione prolungata. Se è vero che il sole ha effetti senza dubbio benefici sul nostro organismo (catalizza la sintesi della Vitamina D) è anche importante fare attenzione, perché i raggi UV sono molto pericolosi.

Le creme solari sono perciò fondamentali.

I Raggi UV

La radiazione ultravioletta è definita, in fisica, come la porzione dello spettro elettromagnetico che va da circa 400 nm a circa 100 nm, appena prima della radiazione visibile all'occhio umano quindi (eppure vi sono animali, come ad esempio le api, che riescono a vedere l'ultravioletto!)

Secondo lo standard ISO (Organizzazione Internazionale per la Normazione) si possono distinguere diverse fasce all'interno dell'intervallo UV:

Le creme solari attualmente in commercio forniscono protezione dai raggi UVA e soprattutto dagli UVB, maggiormente pericolosi per la salute.

Fra 200 e 300 nm, infatti, viene a trovarsi il range di assorbimento di moltissime molecole biologiche, fra cui il DNA: questo vuol dire che quando la molecola in questione viene irradiata con raggi UVB, assorbe quei raggi e passa da uno stato "normale" a uno detto eccitato, cioè a un'energia superiore rispetto a quella in cui sarebbe stabile.

Lo stato di instabilità è un qualcosa che tutte le molecole tentano in ogni modo di evitare e uno dei metodi preferiti è quello di dar via quell'energia in eccesso, magari trasferendola a una molecola vicina, o dando luogo a reazioni chimiche.

Uno degli effetti maggiormente osservati nelle molecole di DNA è un processo chiamato di dimerizzazione: supponiamo di avere una molecola A, nel nostro caso una base purinica (uno dei tanti mattoncini che costituiscono il DNA), quando A viene esposta al sole si eccita, passando a uno stato che chiameremo A*, a questo punto essa troverà un'altra molecola A dando luogo a una reazione che ci darà come risultato una nuova molecola AA. 

Beh, se A era essenziale per il corretto funzionamento delle cellule, AA no, è una mutazione potenzialmente pericolosa e il nostro organismo cerca immediatamente di ripararla.

Purtroppo non sempre si riesce efficacemente a riparare il difetto, soprattutto quando iniziano a essercene un po' troppe di queste mutazioni, ed è così che la cellula mutata si moltiplica.

Questo, naturalmente, non è l'unico meccanismo che va a danneggiare le cellule della nostra pelle, ma è sicuramente uno dei principali responsabili di molti tumori.

Come proteggersi, quindi?

Le creme solari

Una crema solare contiene moltissime diverse sostanze chimiche che servono proprio a impedire che i raggi UV danneggino il DNA delle cellule della pelle. 

Possiamo distinguerle di die tipi:

• Filtri fisici
• Filtri chimici

I filtri fisici sono molecole molto semplici, ossidi di metallo come zinco o titanio, che fungono da vero e proprio specchio, riflettendo i raggi solari e impedendo, come farebbe una barriera, che essi raggiungano la pelle.

I filtri chimici, invece, sono molecole organiche più complesse, oxibenzone, fenilbenzilimidazolo, acido sulfonico, butil metoxidibenzoilmetano, etilexil metoxicinnamato. Queste molecole assorbono la radiazione solare, facendo in qualche modo da "esca" , e la restituiscono sotto forma di calore.

Il meccanismo con cui queste molecole agiscono non è ancora del tutto chiaro, ma sono stati fatti parecchi studi in particolare sull' oxibenzone.

 

Struttura dell'oxibenzone

L'oxibenzone è una molecola aromatica ed è proprio per questo motivo che può assorbire le radiazioni UV, infatti è probabilmente la più usata in tutti i filtri solari fin da sempre. 

Negli ultimi anni, però, sono state avanzate molte ipotesi sulla sua pericolosità: allergie e dermatiti, per la maggior parte, ma studi sono ancora in corso per accertarne l'effetto reale, soprattutto riguardo a un eventuale effetto estrogeno sull'organismo.

In Italia la presenza di oxibenzone nelle creme solari in commercio deve essere necessariamente segnalata, anche perché è ancora largamente usato. Finché non vi saranno risultati certi, perlomeno.

Nel frattempo la ricerca si muove anche per trovare valide alternative all'oxibenzone, soprattutto grazie a nuovi moderni studi sulle nanotecnologie, che ne potrebbero impedire l'assorbimento cutaneo, riducendo i rischi legati alla salute tenendone gli enormi vantaggi, una strada che potrebbe essere davvero promettente.

Che sia una crema con oxibenzone o senza, comunque, non dimenticate mai di proteggervi quando andate al mare, è importantissimo e vi permetterà di avere un'abbronzatura invidiabile e una pelle sana!

Articoli per approfondire:

Estrogenic activity and reproductive effects of the UV-filter oxybenzone

(2-hydroxy-4-methoxyphenyl-methanone) in fish

Michael Coronado, Hector De Haro, Xin Deng, Mary Ann Rempel,

Ramon Lavado, Daniel Schlenk∗

Environmental Toxicology Program, University of California, Riverside, Riverside, CA 92521, United States

Probing the Ultrafast Energy Dissipation Mechanism

of the Sunscreen Oxybenzone after UVA Irradiation

Lewis A Baker, Michael D Horbury, Simon Ed Greenough, Philip M Coulter, Tolga N.V. Karsili,

Gareth Michael Roberts, Andrew J. Orr-Ewing, Michael N.R. Ashfold, and Vasilios G. Stavros

J. Phys. Chem. Lett., Just Accepted Manuscript • Publication Date (Web): 26 Mar 2015

Oxybenzone Oxidation Following Solar Irradiation

o f Skin : Photoprotection versus Antioxidant Inactivation

Karin U. Schallre uter, *"j" John M. WoodJ Dennis W. Farwell, :j: J eremy Moore ,:j: and H owell G.M. Edwards:j:

*Depnrtlllent of Dermato logy. U ni ve rsity of Hamhurg, German y; and Departmcnts of j' 13iOlll cdi cal Sciences and :r.Che llli stry and

C hemical Techno logy. U nivers ity of ll rad fo rd. 13radfo rd , U.K.

Preparation and characterization of oxybenzone-loaded solid lipid nanoparticles (SLNs) with enhanced safety and sunscreening efficacy: SPF and UVA-PF

Rania A. Sanad1 , Nevine S. Abdel Malak2,*, Tahany S. El-Bayoomy1 , Alia A. Badawi

Department of Pharmaceutics, National Organization of Drug Control and Research (NODCAR), Cairo, Egypt; 

Department of Pharmaceutics, Faculty of Pharmacy Cairo University, Cairo, Egypt.