I veri polmoni della Terra sono antichissimi e si trovano nell’oceano

È facile pensare alle foreste terrestri come ai "polmoni verdi" del pianeta. Gli alberi producono ossigeno, il gas che tutti noi respiriamo, ma in realtà non sono gli unici organismi a fare la fotosintesi clorofilliana. Otre la metà dell'aria respirabile non proviene dalla terra, bensì dagli oceani e ciò è possibile grazie ad alcuni tra gli organismi più piccoli al mondo: le alghe e i cianobatteri. Potremmo dire che i veri polmoni della Terra non sono solamente verdi…ma anche blu!

Gran parte dell'ossigeno atmosferico proviene dai mari, non dalla terra

Sapete da cosa è composta l'aria che respiriamo? È data da un mix di gas presenti in quantità variabile e, nello specifico, dal 78% di azoto, dal 21% di ossigeno e dalla restante parte di altri i gas – tra i quali l'anidride carbonica.
Ma vi siete mai chiesti da dove deriva l'ossigeno che respiriamo? Chi lo produce e come?

Tutti gli organismi che fanno la fotosintesi clorofilliana producono ossigeno: non solo piante, quindi, ma anche alghe e cianobatteri e tutti gli esseri viventi in grado di auto-prodursi il nutrimento di cui hanno bisogno tramite questo processo. Usano l'energia del Sole per trasformare l'anidride carbonica atmosferica e l'acqua che assorbono dall'ambiente in zucchero e ossigeno, grazie ad un complesso processo che coinvolge le molecole di clorofilla.
Con lo zucchero si alimentano e si mantengono in vita ma l'ossigeno per loro è uno scarto, ecco perché viene rilasciato nell'ambiente.

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Di Alessandro Beloli

Oggi sappiamo che più della metà dell'ossigeno del pianeta proviene dall'oceano e, più precisamente, dal suo strato più superficiale chiamato "zona fotica". Sono i primi 200 metri circa dalla superficie, in cui la luce può penetrare raggiungendo gli organismi fotosintetici dove troviamo specie diverse nella forma e nella tassonomia. Non pensate solamente alle sconfinate foreste di alghe kelp che si stagliano come drappi lunghi decine e decine di metri, sono alghe, diatomee, cianobatteri e altre minuscole forme di vita acquatiche a farla da padrona, costituendo ciò che chiamiamo fitoplancton.

Dai cianobatteri all'odierna atmosfera

L'atmosfera come la conosciamo oggi è ben diversa da quella del passato. Le piante terrestri iniziano ad apparire nella documentazione fossile appena 470 milioni di anni fa, ben prima che i dinosauri vagassero indisturbati sulla Terra. Non tutti sanno, però, che prima ancora dello sviluppo delle piante terrestri l'oceano stava già producendo ossigeno da miliardi di anni. Ma partiamo dall'inizio e vediamo come è avvenuto l'intero processo.
Al tempo in cui la Terra si era formata da poco (ad oggi si stima che abbia circa 4,54 miliardi di anni) l'atmosfera era ancora un ammasso di gas serra tra cui metano, anidride carbonica e vapore acqueo e il pianeta era colonizzato da alcuni organismi in grado di sopravvivere in assenza di ossigeno come batteri e archei. Questo finché la situazione non cambiò drasticamente.
Circa 3,5 miliardi di anni fa si iniziarono a sviluppare i primi cianobatteri marini in grado di sfruttare la luce del Sole per alimentarsi, grazie ad un processo che oggi chiamiamo fotosintesi clorofilliana. A seguito di queste reazioni, poco meno di 2,4 miliardi di anni fa l'ossigeno contenuto negli oceani raggiunse l'atmosfera, stravolgendo gli ecosistemi marini e terrestri e facendo estinguere moltissime delle specie viventi più antiche. Questo evento, noto come la catastrofe dell'ossigeno, fu la prima grande estinzione di massa di cui siamo a conoscenza.

Da quel momento l'ossigeno si accumulò pian piano, raggiungendo e superando la concentrazione odierna, poi calando gradualmente. Ad oggi la concentrazione di O₂ è più o meno costante attorno al 21%, e si stima sia dovuto a quel surplus prodotto anticamente dai cianobatteri. Per quanto riguarda ossigeno prodotto e consumato regolarmente (sia sulla terra che nei mari), i valori sono attualmente in equilibrio, con un bilancio netto quasi a zero: tanto se ne produce quanto se ne usa. Insomma, pare che dobbiamo ringraziare i cianobatteri se oggi respiriamo! Anzi, forse un organismo specifico...

1 respiro su 5 lo dobbiamo ad un minuscolo batterio

Chi produce gran parte dell'ossigeno è il cianobatterio Prochlorococcus. È il più piccolo organismo fotosintetico noto sulla Terra ed è in grado di produrre da solo fino al 20% dell'ossigeno nell'intera biosfera, una quantità ben al di sopra di quella prodotta di tutte le foreste pluviali messe insieme. Sarà pur minuscolo, ma per noi è davvero indispensabile. Ci sono più o meno 10²⁷ (1.000.000.000.000.000.000.000.000.000) Prochlorococcus in tutto l'oceano, l'equivalente di circa 20.000 cellule in una singola goccia d'acqua (Science, 2017)! Eccolo qui sotto in un'immagine ottenuta con l'uso di un microscopio elettronico a trasmissione (TEM).

Sul ruolo dei microorganismi fotosintetizzanti molti aspetti tecnici e storici restano ancora da comprendere, ma è solo grazie al tempo e alle ricerche che impareremo sempre più a conoscere i nostri ecosistemi complessi.
Vogliamo concludere questa breve storia con un consiglio: la prossima volta che andiamo a goderci il mare, ricordiamoci  quanto l'oceano sia importante per il benessere degli esseri viventi che popolano la Terra e che... noi umani siamo qui anche grazie ai nostri amici cianobatteri.