I segreti della biomineralizzazione vegetale: scoperto un legame tra i depositi d’oro negli aghi degli abeti rossi e alcuni batteri

Le piante usano i minerali per proteggersi dagli attacchi degli erbivori, per rilasciare i pollini e per ripulirsi dai metalli pesanti. Negli organismi vegetali si trovano soprattutto ossalato e carbonato di calcio, ma le piante cresciute su substrati particolarmente ricchi di metalli, per esempio quelle molto vicine a un giacimento, possono contenere anche nanoparticelle d’oro o d’argento. Perciò ricercatori e aziende estrattive hanno da qualche tempo iniziato a seguire le tracce della biochimica per indagare le caratteristiche del terreno e scoprire nuove riserve di metalli preziosi.

La nuova scoperta del Servizio Geologico Finlandese e dell’Università di Oulu potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui si esplorano i terreni in cerca di materie prime preziose: per la prima volta, infatti, gli scienziati hanno individuato una connessione tra i batteri che vivono negli aghi di abete rosso e le nanoparticelle d’oro accumulate tramite biomineralizzazione.

I segreti della biomineralizzazione nelle piante

Ossa, denti e gusci di conchiglie sono il frutto della biomineralizzazione, il processo che permette agli organismi viventi di produrre minerali fondamentali per la composizione delle proprie strutture biologiche.

Questo fenomeno, diffuso in tutti gli organismi della Terra, permette di formare oltre 60 minerali diversi: negli invertebrati si tratta soprattutto di carbonati, nei vertebrati di fosfato e carbonati di calcio. Le piante producono principalmente cristalli di ossalato di calcio, carbonato di calcio e silice, che usano per proteggersi dagli erbivori, per depurarsi dai metalli pesanti, per rilasciare i pollini e per raccogliere e disperdere la luce solare. La biomineralizzazione nelle piante, però, resta ancora in parte un mistero.

Come si legge in una recente review sulla materia, diversi studi hanno indicato nella biomineralizzazione l’origine stessa della vita: i minerali potrebbero essere stati i catalizzatori che hanno permesso ai monomeri di aggregarsi in polimeri di molecole organiche come l’RNA.

Il meccanismo con cui le superfici di cristalli hanno dato origine alla vita non è ancora stato dimostrato. Resta che la sintesi di cristalli biogenici è probabilmente il più antico processo chimico legato all’origine, all’evoluzione e alla conservazione della vita sulla Terra. E visto che la vita per come la conosciamo non esisterebbe senza le piante, è il caso di iniziare a comprendere meglio il ruolo di questi cristalli nel mondo vegetale.

Cercare l’oro negli aghi degli abeti rossi

L’esistenza di oligoelementi biomineralizzati nelle piante è cosa nota, e da qualche tempo ricercatori e aziende estrattive hanno iniziato a sfruttare questa caratteristica per identificare depositi minerali di interesse commerciale all’interno del sottosuolo seguendo “la scia” della biomineralizzazione vegetale. Come si legge in un nuovo studio finlandese, sappiamo che negli alberi ci sono degli oligoelementi biomineralizzati localizzati, ma i meccanismi e i fattori che influenzano il processo di mineralizzazione nei tessuti vegetali sono in gran parte sconosciuti.

I depositi minerali, spiegano i ricercatori, rilasciano ioni attraverso l’ossidazione e l’attività batterica. Questi ioni migrano verso la superficie del terreno, da cui le piante assorbono acqua e sostanze nutritive. È per questo che, utilizzando strumenti abbastanza sensibili, i metalli possono essere rilevati nelle piante e persino nella neve.

“Questi metodi biogeochimici sono già stati utilizzati nell’esplorazione mineraria, ma questa nuova ricerca migliora la nostra comprensione di ciò che accade realmente nel processo”, 

spiega la professoressa Maarit Middleton del Servizio Geologico Finlandese (GTK).

Ipotizzando che potesse esserci un legame tra la presenza di nanoparticelle d’oro e le comunità batteriche, i ricercatori hanno analizzato 138 aghi raccolti da 23 abeti rossi (Picea abies) cresciuti su un terreno della Finlandia settentrionale che presenta alte concentrazioni d’oro, non lontano dalla miniera d’oro di Kittilä. Le nanoparticelle d’oro negli abeti non possono essere viste a occhio nudo né raccolte, eppure hanno rivelato finalmente qualcosa della biomineralizzazione vegetale.

Scoperto il legame tra nanoparticelle d’oro e batteri

I ricercatori finlandesi hanno scoperto che 4 alberi, cioè il 17,4% della popolazione campionata, contenevano nanoparticelle d’oro. Queste nanoparticelle, spiegano, erano circondate da cellule microbiche incapsulate in una matrice di biofilm. Le piante, in effetti, ospitano un’ampia gamma di specie microbiche nei loro tessuti:

“Questi cosiddetti microbi endofiti possono svolgere un ruolo nei processi di biomineralizzazione delle piante”, 

osserva la professoressa Anna Maria Pirttilä dell’Università di Oulu.

Questi processi, dicevamo, non sono ancora ben compresi: non si verificano sempre, e possono manifestarsi in maniera sporadica o localizzata. Così i ricercatori hanno deciso di sequenziare il DNA di questi biofilm, e hanno scoperto che alcuni ceppi batterici – come P3OB-42, Cutibacterium e Corynebacterium – erano più comuni negli aghi contenenti oro.

“Questo suggerisce che questi specifici batteri associati all’abete rosso possono contribuire a trasformare l’oro solubile in particelle solide all’interno degli aghi. Questa intuizione è utile, poiché lo screening di tali batteri nelle foglie delle piante può facilitare l’esplorazione mineraria”,

spiega la ricercatrice post-dottorato Kaisa Lehosmaa dell’Università di Oulu.

Questi risultati offrono una base per metodi di esplorazione mineraria meno distruttivi. Un simile approccio potrebbe inoltre essere applicato ad altri minerali e ad altre piante:

“I metalli possono, ad esempio, precipitare nei tessuti del muschio. Studiare la biomineralizzazione ci permette anche di esplorare come batteri e microbi che vivono nei muschi acquatici potrebbero contribuire a rimuovere i metalli dall’acqua”,

spiega Lehosmaa, anticipando uno studio ancora in corso. Le particelle metalliche presenti negli alberi non possono essere raccolte, ma i batteri che le circondano possono dirci molto.

Ecco tre approfondimenti che potrebbero interessarti:

La scoperta sui funghi che riscrive la storia della vita sulla Terra
Sostenibilità dell’industria mineraria: una sfida sempre più urgente
Le Wood City sono il futuro? L’esempio verde della Finlandia