[18/04/2013] News
Produzione di cibo e biocarburanti, il solfuro di idrogeno è la chiave per la nuova rivoluzione verde?
Il puzzolente H2S a bassissime concentrazioni accelera la germinazione dei semi e moltiplica le rese
Con lo studio Increased Growth and Germination Success in Plants following Hydrogen Sulfide Administration, pubblicato su PlosOne, Frederick Dooley, Suven Naiar e Peter Ward, del dipartimento di biologia dell'Università di Washington-Seattle presentano un nuovo e rivoluzionari modo per migliorare la crescita delle piante utilizzando un prodotto non derivato dal petrolio come gli attuali fertilizzanti chimici, responsabili tra l'altro della tragica esplosione che in queste ore ha devastato un'area del Texas.
Secondo il team di biologi, «Esponendo sia radici che semi di piante pluricellulari a concentrazioni estremamente basse di solfuro di idrogeno disciolto in ogni fase della vita fa sì che ci siano aumenti statisticamente significativi nella biomassa tra cui una maggiore produzione di frutti. Il successo della germinazione e la dimensione piantina aumentato nei fagioli, mais, grano e semi di pisello, mentre diminuisce il tempo di germinazione - spiegano i ricercatori statunitensi - Questi risultati indicano un ruolo importante dell'H2S come molecola di segnalazione che può aumentare il tasso di crescita di tutte le specie ancora testati. L'aumento delle rese delle colture qui riportato ha un potenziale effetto sulla produzione agricola mondiale».
Questa nuova tecnica utilizza l'H2S, un gas incolore che puzza di uova marce (e per questo detto anche "gas putrido"), idrosolubile e con caratteristiche debolmente acide e riducenti. In natura l'idrogeno solforato è emesso nelle zone geotermiche e vulcaniche e viene prodotto dalla degradazione batterica di proteine animali e vegetali. Alla sua produzione concorrono anche le attività antropiche: processi di produzione di carbon coke, produzione di cellulosa con metodo Kraft, di raffinazione del petrolio, rifinitura di oli grezzi, concia delle pelli (calcinaio e pickel), produzione di fertilizzanti, coloranti e pigmenti, trattamento delle acque di scarico e di altri procedimenti industriali.
Arpat Toscana spiega che «È una sostanza estremamente tossica poiché è irritante e asfissiante. L'azione irritante, che si esplica a concentrazioni superiori ai 15.000 µg/mc ha come bersaglio le mucose, soprattutto gli occhi; a concentrazioni di 715.000 µg/mc, per inalazione, può causare la morte anche in 5 minuti (WHO 1981, Canadian Centre for Occupational Health and Safety 2001). L'inquinamento delle acque con idrogeno solforato provoca la moria di pesci; l'effetto sulle piante non è acuto, ma cronico per la sottrazione di microelementi essenziali per il funzionamento dei sistemi enzimatici. Nei confronti dei materiali mostra una discreta aggressività per i metalli, provocandone un rapido deterioramento».
Negli ultimi anni numerosi studi hanno indagato sugli effetti biologici dell'idrogeno solforato, non solo per aver contribuito ad innescare le precedenti estinzioni di massa, come quella del Permiano di 251 milioni anni fa, che spazzò via più di tre quarti di tutte le specie sulla Terra, ma anche come un'importante molecola di segnalazione per gli organismi sia aerobici che anaerobici. Recentemente, l'H2S è stato aggiunto all'ossido nitrico (NO) ed monossido di carbonio (CO) nel gruppo di categorizzazione dei gas biologicamente attivi definiti "gasotransmitters" e "gasomediators".
Il team dell'Università di Washington ha scoperto che questa terribile e puzzolente sostanza potrebbe però migliorare notevolmente la crescita delle piante, aumentando molto le rese alimentari mondiali, con stock più abbondanti che quindi potrebbero essere utilizzati anche per produrre biocarburanti senza entrare in competizione con la produzione di cibo.
Dooley spiega a Bbc Nature: «Abbiamo trovato alcune cose molto interessanti, tra cui quella che a livelli molto bassi l'H2S migliora la salute delle piante. Ma non è quello che stavamo cercando». Infatti, come spesso accade per le grandi scoperte, Dooley ed il suo team avevano cominciato a esaminare gli effetti tossici del solfuro di idrogeno sulle piante, ma erroneamente avevano utilizzato solo un decimo della quantità di tossica prevista: i risultati sono stati incredibili, tanto che hanno ripetuto l'esperimento; poi, non ancora convinti, i ricercatori lo hanno ripetuto di nuovo più volte. Alla fine si sono dovuti arrendere all'evidenza: «I risultati sono stati replicati così spesso che ora sono "quasi certo" - ha detto Dooley - Tutto il resto che era stato fatto prima sulle piante riguardava il solfuro di idrogeno in concentrazioni elevate».
Ad alte concentrazioni, con livelli da 30 a 100 parti per milione (ppm) nell'acqua, l'H2S può essere letale per l'uomo, mentre ad una sola ppm emette il suo caratteristico odore di uova marce. I tre ricercatori statunitensi anno utilizzato una concentrazione di 1 parte per miliardo o meno nell'acqua utilizzata una volta a settimana su semi di piselli, fave e grano. I semi trattati meno frequentemente con questa miscela sono prosperati, quelli trattati più spesso non sono sopravvissuti.
I risultati del trattamento giusto sono eccezionali: tutti i semi di grano sono germinati in 1 - 2 giorni invece della norma di 4 o 5 giorni, mentre per i piselli e fagioli il tipico tasso del 40% di germinazione è salito al 60-70%.
Ward, professore di biologia e scienze della Terra all'Università di Washington e una delle massime autorità mondiali in materia di estinzione di massa, spiega: «Germinano più velocemente e producono radici e foglie più velocemente. Fondamentalmente quello che abbiamo fatto è stato accelerare l'intero processo delle piante. I raccolti sono quasi raddoppiati. L'idrogeno solforato, probabilmente prodottosi quando i solfati negli oceani sono stati decomposti dai batteri dello zolfo, si crede abbia svolto un ruolo significativo in diversi eventi di estinzione, in particolare il "Great Dying" alla fine del periodo del Permiano. La rapida crescita delle piante potrebbe essere il risultato di segnalazione genetiche tramandate sulla scia delle estinzioni di massa. Ad alte concentrazioni, l'H2S ha ucciso le piccole piante molto facilmente, mentre le piante più grandi hanno una migliore possibilità di sopravvivenza, quindi è probabile che le piante attuino un meccanismo di difesa che stimola la loro crescita quando sentono il solfuro di idrogeno. Le estinzioni di massa hanno ucciso un sacco di soggetti, ovviamente, ma qui abbiamo un'eredità che promuove la vita».
Dooley sta applicando il trattamento di idrogeno solforato a mais, carote e semi di soia con risultati che sembrano essere simili ai test precedenti, ma ci vorrà un po' di tempo per assicurarsi che questo utilizzo di H2S in dosi bassissime non abbia conseguenze. Dooley è comunque convinto che «A breve termine, la cosa più promettente sia la crescita di alghe e di altri stock per i biocarburanti. I lipidi vegetali sono la chiave per la produzione di biocarburanti e i test preliminari dimostrano che la composizione dei lipidi nelle piante trattate con solfuro di idrogeno è uguale a quella delle piante non trattate. Quando le piante crescono con dimensioni più grandi del normale, in genere non producono più cellule, ma piuttosto allungano le loro cellule esistenti. Tuttavia, nel trattamento con solfuro di idrogeno, ho trovato che le cellule effettivamente ottenute sono più piccole e che ce ne sono enormemente più. Ciò significa che le piante contengono significativamente più biomassa per la produzione di combustibile. Se si guarda a una slide delle cellule al microscopio, chiunque può capirlo. C'è proprio una grande differenza».