Ogni giorno, nelle foglie delle piante, la luce del Sole viene trasformata in energia chimica. È uno dei processi più importanti per la vita sulla Terra. Un nuovo studio internazionale, al quale ha partecipato il Cnr-Nano di Modena, aiuta a capire meglio come avviene il primo passo di questa straordinaria trasformazione.
di Redazione LIMEN
pubblicato il 25 agosto 2026
Basta osservare una foglia illuminata dal Sole per assistere, senza accorgercene, a uno dei fenomeni più importanti della natura.
La pianta cattura la luce e la utilizza per avviare la fotosintesi, il processo che permette di trasformare l’energia luminosa in energia chimica.
Sappiamo da tempo che questo meccanismo è alla base della vita vegetale. Ma alcuni dei suoi passaggi più rapidi e complessi non sono ancora del tutto chiariti.
Un nuovo studio, pubblicato su Nature Communications, propone una spiegazione diversa di ciò che accade nei primissimi istanti della fotosintesi. Alla ricerca hanno partecipato l’Istituto Nanoscienze del Cnr di Modena, la Princeton University, l’Università dell’Aquila e il Max Planck Institute.
Il momento in cui la luce diventa energia
Il protagonista di questa storia si chiama Fotosistema II.
È un complesso di molecole che ha il compito di catturare l’energia della luce. Quando assorbe un fotone, cioè una particella di luce, un elettrone passa da una molecola a un’altra.
Questo passaggio viene chiamato separazione primaria di carica.
È il primo momento in cui l’energia della luce viene trasferita a molecole che potranno poi essere utilizzate nelle successive reazioni della fotosintesi.
Tutto avviene in un tempo incredibilmente breve.
Le misure sperimentali indicano che il trasferimento può durare da poche centinaia di femtosecondi ad alcuni picosecondi. Sono intervalli di tempo così piccoli da essere quasi impossibili da immaginare nella vita quotidiana.
Proprio questa differenza di velocità ha incuriosito per anni gli scienziati.
Un solo sentiero, ma condizioni diverse
Fino a oggi, una delle spiegazioni più diffuse era che l’elettrone potesse seguire strade differenti all’interno del Fotosistema II.
Il nuovo studio propone invece un’ipotesi diversa.
Il percorso sarebbe sostanzialmente uno solo. A cambiare sarebbero le condizioni dell’ambiente attraverso il quale l’elettrone si muove.
Laura Zanetti-Polzi del Cnr-Nano utilizza un’immagine molto semplice per spiegarlo: pensiamo di dover attraversare un bosco per raggiungere un rifugio.
Per anni si è immaginato che esistessero sentieri diversi, alcuni più brevi e altri più lunghi.
Secondo il nuovo studio, invece, il sentiero sarebbe sempre lo stesso. A cambiare sono le condizioni del terreno: a volte è più facile da percorrere, altre volte più difficile.
Qualcosa di simile potrebbe accadere all’elettrone.
Un ambiente che cambia continuamente
Alla scala delle molecole nulla è realmente fermo.
Il Fotosistema II cambia continuamente la propria forma e anche le molecole d’acqua che lo circondano si spostano e si riorganizzano.
Questi piccoli cambiamenti possono rendere il trasferimento dell’elettrone più rapido oppure più lento.
Secondo Matteo Capone del Cnr-Nano, proprio queste continue variazioni possono spiegare perché gli esperimenti abbiano misurato tempi differenti.
Per arrivare a questa conclusione, i ricercatori hanno utilizzato sofisticate simulazioni al computer, combinando dinamica molecolare, chimica quantistica e modelli matematici. In questo modo hanno ricostruito ciò che potrebbe accadere all’interno del Fotosistema II su scale estremamente piccole.
Il risultato suggerisce un’idea interessante: l’ambiente che circonda una reazione chimica non è semplicemente uno sfondo.
Può partecipare direttamente al processo.
Una lezione dalla natura
La ricerca aiuta a comprendere meglio uno dei passaggi fondamentali della fotosintesi, ma potrebbe avere in futuro anche applicazioni tecnologiche.
Capire come la natura riesca a trasformare la luce in energia con grande efficienza potrebbe infatti aiutare a progettare nuovi sistemi artificiali ispirati ai processi biologici.
I ricercatori parlano di possibili sistemi biomimetici, cioè tecnologie che cercano di imitare alcune soluzioni sviluppate dalla natura.
In particolare, il nuovo studio suggerisce che anche nei sistemi artificiali l’ambiente che circonda le molecole potrebbe avere un ruolo importante nel controllare le reazioni.
È ancora una prospettiva di ricerca, non una tecnologia pronta per l’uso. Ma dimostra quanto lo studio della fotosintesi possa essere importante anche per comprendere meglio il futuro dell’energia solare.
Il laboratorio nascosto dentro una foglia
Una foglia può sembrare qualcosa di semplice.
In realtà, al suo interno avvengono continuamente milioni di reazioni chimiche e movimenti di molecole.
La fotosintesi è il risultato di questa complessa organizzazione.
Il nuovo studio mostra che persino il primo istante della cattura della luce è più dinamico di quanto si pensasse.
Non servirebbero necessariamente molte strade diverse per spiegare il movimento dell’elettrone. Potrebbe esserci un percorso principale, mentre a cambiare continuamente è l’ambiente circostante.
La ricerca è stata pubblicata nel 2026 su Nature Communications con il titolo Water-modulated conformational heterogeneity underlies multiple timescales of primary charge separation in photosystem II.
Ogni volta che il Sole illumina una foglia, dunque, inizia un viaggio invisibile.
Un fotone viene catturato. Un elettrone si sposta. Le molecole cambiano posizione.
E in una frazione infinitesimale di secondo la natura compie il primo passo per trasformare la luce in energia.
Per approfondire l’argomento:
M. Capone, A. Benny, G. Dell’Orletta, G. D. Scholes, D. A. Pantazis, L. Zanetti-Polzi, I. Daidone, Water-modulated conformational heterogeneity underlies multiple timescales of primary charge separation in photosystem II. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73961-w
Istituto Nanoscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) https://www.nano.cnr.it/
