Agli albori della vita sulla Terra, l’ossigeno in forma gassosa non esisteva, anzi, prevaleva un’atmosfera composta per lo più da anidride carbonica (oggi 0,04%). Con l’evoluzione e l’affermazione degli organismi fotosintetici, la concentrazione di O2 aumentò sempre più per centinaia di milioni di anni fino ad arrivare alla data della così detta “Catastrofe dell’Ossigeno”: un punto di non ritorno che segnò la completa scomparsa di molte specie del tempo.
Da anidride carbonica a ossigeno
L’ossigeno è il prodotto di scarto del processo di fotosintesi: gli organismi fotosintetici usano, infatti, la CO2 dell’atmosfera e l’acqua per creare zuccheri e ossigeno. La crescente concentrazione di questo agente, altamente reattivo nei mari e nell’aria, reagì dapprima con i minerali disciolti nelle acque causando la precipitazione dei sali solubili e proseguì con il legarsi alle rocce calcaree e ferrose, ossidandole portando pian piano a un totale mutamento dei vari habitat presenti sulla Terra.
La formazione di una nuova atmosfera a prevalenza di ossigeno causò una vera e propria catastrofe per il mondo di allora, portando all’estinzione di numerosissime specie abituate a respirare CO2 e avvantaggiando tutti quegli organismi che almeno in parte si evolsero al drastico cambiamento.
Ancora oggi il meccanismo della fotosintesi non è cambiato e si potrebbe ironicamente pensare che le piante vivano in mezzo ai loro “rifiuti” così come facciamo noi con i nostri.
Alte concentrazioni di ossigeno e basse quantità di anidride carbonica nell’aria non sono il contesto ideale per le piante soprattutto in condizioni di scarsità idrica e temperature elevate. Vi è infatti una probabilità che in questa situazione scambino l’O2 per CO2 subendo un forte danno interno all’organismo.
Meccanismi C3 e C4
La natura ci sorprende sempre e per contrastare questo problema si sono evoluti dei meccanismi che hanno permesso un migliore adattamento a questi casi estremi. Circa 35 milioni di anni fa, infatti, alcune piante hanno sviluppato un sistema di pompaggio differente che potesse permettere loro di avere una maggiore concentrazione di CO2 attorno ai centri di reazione. In base al diverso processo di fotosintesi si possono trovare in natura due tipologie di piante: le C3 e C4. Queste ultime differiscono dalle prime dalla formazione di un composto intermedio a quattro atomi di ossigeno (C4) anziché tre, al fine di ridurre al minimo il consumo di acqua e avere, così, una evapotraspirazione minima. Queste piante hanno dunque la capacità rispetto alle altre di “respirare” durante le ore notturne in modo da ridurre al minimo la perdita di acqua e di essere estremamente competitive nella fissazione del carbonio durante le ore più luminose e calde. Il tasso di fotosintesi per unità fogliare raggiunge il suo massimo intorno ai 40 °C a elevata intensità luminosa, tipico di climi molto aridi, mentre le C3 hanno maggiori prestazioni a 20 °C con moderata intensità di luce come avviene solitamente in climi temperati.
Quali sono le piante C4
La loro estrema importanza non deriva esclusivamente dalla loro particolarità evolutiva ma anche dal fatto che, sebbene le piante C4 costituiscano appena il 3% della flora globale, sono responsabili del 20% dell’assimilazione di anidride carbonica totale.
Alcuni esempi noti di piante con ciclo fotosintetico C4 sono mais, sorgo e la canna da zucchero. A livello ornamentale, invece, sono stati identificati i seguenti generi:
- Alternanthera, originario del Messico e Sudamerica,
- Amaranthus, presente dalle regioni temperate a quelle tropicali di tutto il mondo,
- Atriplex, presenti lungo le coste e nelle paludi d’acqua salata,
- Cleome, originarie del Brasile, crescono su terreni sabbiosi e valli montuose delle aree tropicali,
- Cyperus, crescono quasi esclusivamente in ambienti umidi di tutte le aree tropicali e subtropicali,
- Portulaca, semisucculente, originarie delle colline semiaride dell’Africa meridionale.
