I pigmenti fotosintetici delle piante, in acquariofilia, solitamente escono quando si parla delle esigenze di luce delle piante oppure quando esce qualche alga o si vede uno spot di cianobatteri e ci si chiede se sia colpa della luce.
Quindi via a domande del tipo:
Che necessità di luce hanno le piante d’acquario?
Bastano le luci da idroponica per coltivarle?
I LED fanno crescere le alghe?
Proviamo a fare qualche considerazione a riguardo, iniziando proprio dai pigmenti fotosintetici delle piante.
Pigmenti fotosintetici delle piante
Cercando un po’ in rete, solitamente si trova uno schema molto simile a questo:
In questi schemi sono disegnati gli spettri di assorbimento delle clorofille e dei carotenoidi. Queste sostanze, presenti all’interno delle foglie delle piante, catturano l’energia luminosa del Sole che, opportunamente convertita attraverso una complessa sequenza di reazioni chimiche, viene utilizzata dalle piante per la loro crescita.
È quindi intuitivo supporre che dovremo fornire alle piante luce con lunghezze d’onda corrispondenti a quelle in cui le sostanze presenti all’interno della pianta riescono ad assorbirla. Ma vediamo un po’ queste sostanze.
Clorofille
Clorofilla A
La principale clorofilla è la clorofilla A, che riesce ad assorbire l’energia della luce violetto-blu e della luce arancio-rossa; riflette invece la luce giallo-verde (questo, tra l’altro, è il motivo per cui vediamo le piante verdi).
Poiché la clorofilla A non è in grado di assorbire completamente lo spettro luminoso, nelle piante sono solitamente presenti altri pigmenti che catturano l’energia dove la clorofilla A non è in grado.
Questi pigmenti, poi, trasferiscono l’energia alla clorofilla A – questo sistema è detto Complesso Antenna o LHC, Light Harvesting Complex (Complesso per la Raccolta della Luce).
Questo “doppio passaggio”, tuttavia, implica una minore efficienza, poiché per ogni passaggio perde energia.
Clorofilla B
La clorofilla B assorbe, invece, soprattutto la luce blu, ma a lunghezze d’onda leggermente superiori rispetto alla clorofilla A.
Da osservare che l’evoluzione ha portato alla non sovrapposizione degli spettri di assorbimento, ottimizzando i singoli pigmenti ed ampliando la parte di luce utilizzabile dalle piante!
La clorofilla B è di colore giallo; le piante ombrofile sono solitamente molto ricche di clorofilla B.
Clorofilla C
La clorofilla C si trova solamente in certe alghe marine, come le alghe brune (Phaeophyaceae) o le diatomee. Assorbe soprattutto la luce con lunghezze d’onda di circa 450 nm, ovvero la luce blu.
Clorofilla D
La clorofilla D è presente nelle alghe rosse marine e nei cianobatteri. La clorofilla D assorbe il rosso “lontano”, ovvero non visibile dall’uomo. Il picco di assorbimento è attorno ai 710 nm.
È usata soprattutto da organismi adattati a vivere in acque poco profonde, dove la luce rossa riesce quindi ad arrivare poiché la luce rossa viene bloccata piuttosto facilmente dall’acqua.
Clorofilla F
La clorofilla F è stata scoperta solo alcuni anni fa, nel 2013 precisamente, ed assorbe ancora più in là, nello spettro del rosso e dell’infrarosso.
Data la scoperta recente, non si è ancora ben studiata la sua distribuzione.
Un nuovo studio [1] sembra evidenziare (almeno in certi cianobatteri) che la clorofilla F possa sostituirsi alla clorofilla A, in condizioni di scarsa illuminazione, assorbendo le lunghezze d’onda poco energetiche del vicino infrarosso.
Oltre alle clorofille, abbiamo anche altri pigmenti all’interno delle piante.
Nel dettaglio: ficobiliproteine, carotenoidi e flavonoidi, per nominare solo quelli di interesse per l’acquario. Vediamoli!
Ficobiliproteine
Ficocianine
Le ficocianine sono dei pigmenti presenti nei cianobatteri e hanno un picco di assorbimento attorno ai 620 nm (luce arancio), leggermente variabile.
Alloficocianine
Le alloficocianine sono sono dei pigmenti presenti nei cianobatteri e nelle alghe rosse (Rhodophyta). Assorbono soprattutto la luce rossa (650-660 nm).
Ficoeritrine
Le ficoeritrine sono presenti nelle alghe rosse e nelle Cryptophyceae (nanoplancton); in acquario dolce sono tristemente famose per essere uno dei pigmenti delle BBA (alghe a pennello o a barba). Presentano due picchi di assorbimento, uno attorno ai 495 nm (luce turchese) e uno attorno ai 550 nm (luce verde).
Carotenoidi
I carotenoidi si dividono in due classi: le xantofille (o fitoxantine) e i caroteni.
I carotenoidi e le xantofille (o fitoxantine) sono dei pigmenti gialli.
Danno il colore giallo-arancio, ad esempio, ad alcune piante e frutti, come le carote, o alle foglie delle piante in autunno, ma anche al tuorlo dell’uovo e alla macchia lutea dell’occhio umano.
Servono soprattutto a dissipare l’energia all’interno dei Complessi Antenna. Hanno quindi una funzione protettiva, per le piante.
Flavonoidi
Fra i flavonoidi sono compresi vari pigmenti.
In acquariologia, solitamente sono nominate le antocianine o antociani. Sono di colore variabile, in base al pH: rosso in ambiente acido, blu in ambiente neutro e giallo-verde in ambiente basico.
Hanno la funzione di proteggere la pianta dai raggi UV-B (280-315 nm) e dalla luce blu-verde; un caso in cui possiamo vederle in maniera evidente è nelle foglie appena germogliate delle rose, il cui bordo in sviluppo è marrone-rossiccio proprio per la presenza di antociani.
Sono presenti anche nei frutti rossi, come ribes, ciliegia o cavolo rosso e nei fiori, quali il fiordaliso o la dalia.
Luce per crescere le piante
Fatta questa carellata di pigmenti e sostanze, siamo pronti a pensare a quello che dobbiamo fornire alle piante, oltre a quello che dobbiamo evitare (avete visto quanti pigmenti hanno i cianobatteri, ad esempio?).
La prima cosa che viene in mente è quella di fornire luce direttamente nelle lunghezze d’onda della clorofilla A, ovvero luce blu e rossa, di opportune frequenze, trascurando la luce verde, che viene riflessa dalle piante
Questo è l’approccio scelto, solitamente, in idroponica e nelle coltivazioni indoor (all’interno di edifici), dove non importa l’apparenza delle piante ma conta solo la loro crescita.
Infatti, la luce rossa e blu usata appare complessivamente viola.
In acquario, non vogliamo, solitamente, l’acqua viola, dunque si integrano altri colori per migliorare la resa cromatica.
Per evitare l’effetto “serra di coltivazione” è quindi necessario limitare la potenza dei LED rossi e blu o full spectrum (per le definizioni, guardare l’articolo sui LED in acquario).
Come si può leggere nell’articolo appena indicato, conviene limitare i LED rosso/blu attorno al 20-30% della potenza totale, per limitare tale effetto che può risultare sgradevole.
Tra l’altro, tenendo solo una parte di luce rossa e blu si inserisce necessariamente una componente giallo-verde: anche se non è utilizzata moltissimo, la luce verde è comunque benefica per le piante.
Studi recenti hanno mostrato che la luce verde può influire sulla forma delle piante (ad esempio, piante illuminate con abbondante luce verde crescono più allungate) e che la luce verde può essere utilizzata dalle piante negli strati profondi delle foglie, il che a posteriori appare logico, considerando che la parte inferiore delle foglie riceve la luce verde riflessa dalle foglie sottostanti.
Se invece si usano i tubi fluorescenti (cosiddetti “neon” o CFL), questi prevedono già delle componenti rosse e blu più bilanciate con altre lunghezze d’onda, dunque il problema più di tanto non si pone.
Può comunque essere utile osservare lo spettro di emissione delle lampade usate, per vedere quali pigmenti si colpiscono.
E per quanto riguarda le alghe?
Purtroppo, visto che le alghe non solo condividono molti dei pigmenti fotosintetici delle piante superiori ma ne hanno anche di aggiuntivi, creare un’illuminazione utilizzabile solo dalle piante ma non dalle alghe è praticamente impossibile.
Quindi non esiste una luce che elimina le alghe, nonostante alcuni proclami di aziende produttrici.
La luce, infatti, è solo uno dei molteplici fattori che possono portare all’esplosione algale.
Si possono però dare alcuni consigli per non favorirle, con la luce:
- se si usano lampade fluorescenti per illuminotecnica, evitare lampade a temperatura di colore troppo alta o troppo bassa; scegliere una gradazione attorno ai 5000-6500 K;
- se si usano lampade per acquaristica, evitare di installare solo lampade fitostimolanti, ovvero quelle con forti componenti rosso-blu, sia per una questione di resa estetica, sia perché non troppo efficienti;
- se si usano LED, evitare troppa componente blu (es: plafoniere per marino o con LED ad elevata temperatura di colore, come 10000 K o più) e cercare di creare uno spettro abbastanza bilanciato;
- quando si cambiano le lampade, evitare passaggi bruschi: è bene ridurre il fotoperiodo delle lampade nuove, ad esempio a 4-5 ore al giorno, aumentandolo poi gradualmente nel giro di un mese o due.
Crediti e Bibliografia
Foto alga Nori: By Alice Wiegand, (Lyzzy) – Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=740793
- Dennis J. Nürnberg et al, Photochemistry beyond the red limit in chlorophyll f–containing photosystems, Science (2018). DOI: 10.1126/science.aar8313