L'origine delle alghe per l'agricoltura

Nell’ultimo decennio, nel settore agricolo nazionale ed internazionale stiamo assistendo ad una vera e propria rivoluzione del panorama dei prodotti impiegati per la gestione agronomica e fitosanitaria. Le continue revoche e restrizioni dei mezzi tecnici, pongono l’attenzione su tools innovativi poco impattanti, perlopiù di origine naturale, con l’obiettivo di operare in modo sostenibile per una maggior tutela della salute dei lavoratori e dell’ambiente. L’incremento dell’utilizzo dei biostimolanti contenenti estratti algali, che sono in grado di apportare benefici alle piante è sotto gli occhi di tutti gli operatori. In genere, la loro applicazione induce una maggior resistenza a stress termici, idrici, alle malattie e conferisce un apporto di elementi migliorandone l’assimilazione. Con questo articolo si propone di gettare le basi per cercare di descrivere il complesso ed eterogeneo gruppo delle alghe, focalizzando l’attenzione sulle specie più impiegate.

Definizione e metabolismo delle alghe. Una delle definizioni maggiormente condivisa dal mondo scientifico, attesta che con il termine “alga” si intende qualsiasi organismo caratterizzato da un tallo  -termine botanico per indicare una struttura anatomica principale di un vegetale che non ha differenziato tessuti e organi specializzati quali radici fusto o foglie- e che contiene molecole di clorofilla “a”, il principale pigmento verde dei vegetali, nonché mezzo necessario per compiere la fotosintesi clorofilliana (Lee, 2018). Da un punto di vista metabolico, esattamente come le piante terrestri, le alghe sono organismi tendenzialmente fototrofi ed autotrofi, anche se esistono delle eccezioni. Il primo termine deriva dal greco “phos” (luce) e “trophè” (nutrimento), e significa che sono organismi in grado di utilizzare l’energia proveniente dalle particelle che compongono la radiazione solare (i fotoni); il secondo termine, invece, indica che l’organismo in questione è capace di assimilare una fonte di carbonio inorganica (ovvero CO₂, anidride carbonica) e di trasformarla in biomassa organica, proprio grazie all’energia derivante dalla luce durante il processo fotosintetico.

Marcoalghe, Microalghe e Cianobatteri. Una delle più importanti distinzioni all’interno del gruppo delle alghe, viene fatto in base alle dimensioni: distinguiamo, infatti, le macroalghe dalle microalghe. Le prime sono organismi generalmente bentonici (ossia stanno a contatto con il fondale di un corpo d’acqua), pluricellulari, dotati di un tallo capace di differenziare tessuti e organi specializzati (a quel punto il tallo diventa “cormo”) e che sono in grado di raggiungere diversi metri di lunghezza; infine, sono organismi eucariotici, cioè formati da più cellule aventi un nucleo ben definito contenente DNA. Le microalghe sono anch’esse organismi eucariotici, ma sono microscopiche (le loro dimensioni variano tra 1 micrometro e 1 millimetro) e generalmente unicellulari. Esiste infine un Phylum di microrganismi a sé stante, che presenta caratteristiche intermedie tra microalghe e batteri: stiamo parlando dei Cianobatteri, un tempo denominati “alghe azzurre” o “alghe verdi-azzurre”, per via del tipico colore che le colonie conferiscono alle acque in cui crescono. Come i batteri, sono microrganismi procarioti, ovvero privi di un nucleo strutturato e di un sistema di membrane cellulari, ma allo stesso tempo, come le microalghe, le alghe e le piante superiori, sono capaci di fare fotosintesi. Per fare un esempio, la stessa alga Spirulina (Arthrospira platensis), nota per le sue proprietà nutrizionali e benefiche per l’uomo, viene erroneamente definita “alga”, ma in realtà è un particolare cianobatterio filamentoso.

Ecologia e classificazione. Le alghe rivestono un importantissimo ruolo ecologico: possiamo affermare che esse siano un pozzo di biodiversità, in quanto ad oggi ne sono state ufficialmente identificate e registrate circa 180 mila specie, includendo sia quelle di acqua dolce, sia quelle di acqua salata (algaebase.org, 2024), ma si pensa che globalmente ne esistano molte di più; inoltre, si stima che oltre il 50% dell’attività fotosintetica sul nostro pianeta derivi dalle alghe che popolano gli oceani (Richmond, 1986). In particolare è stato osservato che microalghe e cianobatteri sono circa 10 volte più efficienti nell'utilizzare la luce solare rispetto alle piante terrestri nel processo fotosintetico (Falkowski et Raven, 2013). Le alghe sono in grado di crescere rapidamente e vivere in un’ampia gamma di condizioni ambientali, strettamente guidate da fattori abiotici come luce, salinità, pH, temperatura e dalla competizione con altri organismi; in un ecosistema acquatico, le sole microalghe e cianobatteri compongono il fitoplancton, quindi sono fondamentali per garantire il funzionamento della catena trofica. Data la complessità biologica dei diversi gruppi, la classificazione delle alghe più completa e accreditata ancora oggi, è stata introdotta dal noto botanico britannico F.E. Fritsch nel 1935, nel suo libro “La struttura e la riproduzione delle alghe”; questa classificazione si basa su criteri quali la struttura del tallo, il tipo di riproduzione, le diverse molecole di riserva, ma soprattutto la natura chimica dei pigmenti e quindi il colore. A tal proposito, è possibile dividerle in 6 raggruppamenti, dove sono inserite sia microalghe che macroalghe, e ad ogni raggruppamento corrispondono diverse Classi (Fritsch, 1943):

-alghe verdi (Chlorophyceae)

-alghe giallo-verdi (Xanthophyceae)

-alghe giallo-brune (Chrysophyceae)

-alghe brune (Phaeophyceae, Dynophyceae ed altre Classi)

-alghe rosse (Rhodophyceae)

-alghe verdi-azzurre (Cyanophyceae).

Principali specie utilizzate e composti di interesse. A oggi i prodotti maggiormente utilizzati in agricoltura derivati dalla lavorazione delle alghe sono appartenenti al gruppo delle alghe brune dette “Kelp”, termine anglosassone che indica diverse specie di macroalghe in grado di svilupparsi in altezza per vari metri, fino a costituire una vera e propria foresta sommersa. Gli estratti maggiormente commercializzati sono a base di: Ascophyllum nodosum, Ecklonia maxima e Laminaria digitata. Ecklonia maxima è una grande “Kelp” con fronde larghe e allungate. Cresce prevalentemente lungo le coste del Sudafrica e della Namibia, in acque temperate e fredde creando delle foreste che possono raggiungere i 15 metri di lunghezza (Bolton et al., 2012). Ascophyllum nodosum, diversamente dall’Ecklonia maxima, è una specie di origine europea, molto diffusa nelle coste che vanno dal Portogallo all'Islanda e anche in quella nordamericana; si caratterizza per la presenza di vescicole ricche di aria sulle fronde che ne favoriscono il galleggiamento. La laminaria digitata  presenta fronde lunghe e larghe, divise in numerose strisce o "dita" e anch’essa è diffusa lungo le coste rocciose dell'Atlantico settentrionale (Pereira et al., 2020). Queste alghe contengono molte molecole bioattive, la maggior parte delle quali si concentrano nella parete vegetale e negli organelli di riserva e che esplicano un’attività biostimolante sulle piante, migliorando ed incrementando alcuni processi fisiologici. In particolare negli estratti delle alghe brune ritroviamo macro e microelementi, iodio, ormoni vegetali, vitamine, poliammine, zuccheri semplici come mannitolo e diverse tipologie di polisaccaridi, come ad esempio gli alginati -che si presentano come una gomma viscosa, usati come veicolanti e testati come ammendanti del suolo-, fucoidani -polimeri contenti zolfo- e laminarina -oligosaccaride, presente in gran quantità nelle biomasse di alghe brune (fino al 30% in peso), con struttura chimica simile ai composti di degradazione delle pareti dei funghi, particolarmente efficiente nello stimolare le difese e rafforzare la resistenza ai patogeni fungini- (Rodrigues et al., 2015), (Pereira et al., 2020).

Dall’analisi della letteratura, si evince quanto il mondo delle alghe sia vasto e quanto sia difficile trovare le specie giuste contenenti sostanze con caratteristiche idonee allo scopo. Molte altre alghe brune sono state studiate (come ad esempio Fucus spp, Sargassum spp, Macrocystis pyrifera …), ma la qualità degli estratti ottenuti spesso risulta decisamente inferiore a quelle già in uso. Nel panorama commerciale alcune aziende e start-up stanno brevettando nuovi estratti a base di alghe rosse e di microalghe verdi (sono stati testati ceppi di Spirulina, Chlorella spp., Scenedesmus spp. ed altri), coltivate in bioreattori in condizioni controllate, che stanno dando risultati promettenti.

Foto 1. Eklonia maxima

Foto 2. Ascophyllum nodosum

Bibliografia

Bolton, J. J., Anderson, R. J., Smit, A. J., & Rothman, M. D. (2012). South African kelp moving eastwards: the discovery of Ecklonia maxima (Osbeck) Papenfuss at De Hoop Nature Reserve on the south coast of South Africa. African Journal of Marine Science, 34(1), 147-151.

Database per alghe. https://www.algaebase.org/

Falkowski, P. G., & Raven, J. A. (2013). Aquatic photosynthesis. Princeton University Press.

Fritsch, F. E. (1943). Studies in the Comparative Morphology of the Algae: III. Evolutionary Tendencies and Affinities among Phaeophyceae. Annals of Botany, 7(25), 63-87.

Lee, R. E. (2018). Phycology. Cambridge university press.

Pereira, L., Morrison, L., Shukla, P. S., & Critchley, A. T. (2020). A concise review of the brown macroalga Ascophyllum nodosum (Linnaeus) Le Jolis. Journal of Applied Phycology, 32, 3561-3584.

Richmond, A. (Ed.). (1986). CRC Handbook of microalgal mass culture (pp. 83-84). Boca Raton, FL, USA:: CRC press.

Rodrigues, D., Freitas, A. C., Pereira, L., Rocha-Santos, T. A., Vasconcelos, M. W., Roriz, M., ... & Duarte, A. C. (2015). Chemical composition of red, brown and green macroalgae from Buarcos bay in Central West Coast of Portugal. Food chemistry, 183, 197-207.