I cianobatteri, precedentemente noti come alghe azzurre o alghe verdi-azzurre, sono organismi unicellulari procarioti, fotoautotrofi, con dimensioni da 2 a 40 μm alcuni dei quali sono in grado di produrre fioriture algali nocive nei sistemi di acqua dolce come stagni, laghi, corsi d’acqua, fiumi e zone umide.
Le cianotossine possono essere rilasciate dai cianobatteri nell’ambiente acquatico, soprattutto in acque stagnanti o poco mosse, durante il processo di crescita e riproduzione. Le fioriture algali nocive possono essere influenzate da fattori ambientali come l’aumento delle temperature, i nutrienti come azoto e fosforo in eccesso provenienti da fertilizzanti agricoli o scarichi urbani, la luce solare e le condizioni climatiche.
I cianobatteri sono in grado di muoversi direttamente verso una fonte di luce o allontanarsi da essa in un processo chiamato fototassi che consiste in un movimento, determinato da stimoli luminosi che modificano la posizione di organi o organismi biologici rispetto allo stimolo stesso
I cianobatteri prendono il nome dal pigmento fotosintetico di colore blu, responsabile della cattura della luce durante il processo di fotosintesi, chiamato cianoficina presente nelle loro cellule infatti il termine ciano deriva dal greco Κύανος che significa “blu.
Rivestono un ruolo importante nella ricerca scientifica, poiché sono utilizzati come modelli di studio per comprendere i meccanismi della fotosintesi, la conversione dell’energia solare e altri processi biologici fondamentali.
Sono tra gli organismi più antichi conosciuti sulla Terra e hanno avuto un ruolo significativo nello sviluppo dell’atmosfera del nostro pianeta, poiché hanno rilasciato ossigeno come sottoprodotto della fotosintesi. Nella storia della Terra, ciò ha contribuito a cambiamenti significativi nell’atmosfera, consentendo l’evoluzione di forme di vita più complesse che richiedono ossigeno per sopravvivere.
Funzioni dei cianobatteri
I cianobatteri soddisfano il proprio fabbisogno di azoto mediante fissazione dell’azoto e producono alcuni composti bioattivi, che promuovono la crescita delle colture proteggendole dagli agenti patogeni e migliorano lo stato dei nutrienti del suolo. I cianobatteri sono utili anche per il trattamento delle acque reflue e sono in grado di degradare vari composti tossici come i pesticidi.
Essi sono in grado di fissare l’azoto atmosferico, trasformandolo in composti utilizzabili dalle piante e da altri organismi. Questo processo è essenziale per arricchire il suolo e fornire nutrimento alle piante nelle regioni dove l’azoto è un fattore limitante per la crescita.
I cianobatteri sono in grado di decomporre i rifiuti e i residui organici, sopprimere la crescita di microrganismi patogeni nel suolo e nell’acqua e produrre alcuni composti bioattivi come vitamine, ormoni ed enzimi che contribuiscono alla crescita delle piante, migliorando la qualità del suolo e riducendo al minimo i costi di produzione delle colture.
Alcuni cianobatteri sono dotati delle cellule specializzate che sono considerate sede di fissazione dell’azoto da parte dell’enzima nitrogenasi appartenente alla classe delle ossidoreduttasi. Nel corso della fissazione dell’azoto avviene la reazione:
N2 + 8 H+ + 8 e– + 16 ATP → 2 NH3 + H2 + 16 ADP + Pi
in cui intervengono anche le idrogenasi da cui si ottiene idrogeno gassoso che potrebbe costituire fonte alternativa e ecologicamente pulita ed efficiente per ottenere energia. Infatti l’idrogeno, se utilizzato come combustibile, non provoca inquinamento ambientale perché il suo unico sottoprodotto è l’acqua. Tuttavia questo processo ha bisogno di approfondimenti e studi e, al momento non ha applicazioni pratiche.
Produzione di biocarburanti e cianobatteri
La crescente domanda globale di energia e l’esaurimento delle scorte di combustibili fossili hanno alimentato un crescente interesse per la biomassa. La biomassa di prima generazione proviene da colture commestibili come mais e canna da zucchero da cui si possono ottenere biocarburanti. Tuttavia problemi etici relativi alla sottrazione di terreni agricoli per usi alimentari hanno portato alla biomassa di seconda generazione.
Essa si ottiene da varie materie prime, in particolare da biomasse lignocellulosiche non alimentari. Le fonti di biomassa per la produzione di questa categoria sono trucioli, residui agricoli e forestali, e rifiuti solidi urbani. Ulteriori studi hanno portato alla biomassa di terza generazione che proviene dalle alghe.
La produzione di biomassa da parte delle microalghe come i cianobatteri si basa fondamentalmente sul contenuto di carboidrati ottenuti dalla fotosintesi. Queste caratteristiche rendono la materia prima della biomassa dei cianobatteri un’ottima fonte di biocarburante e aprono la strada allo sviluppo a lungo termine nelle industrie della bioenergia e delle energie rinnovabili.