dai cicli degli elementi all’ecochimica: quando è il pianeta stesso a vivere

In un pianeta vivo, gli atomi non stanno mai fermi.
E non parliamo della vita di un pianeta nel senso dell’accoglienza da parte sua di forme di vita biologica, così come con “movimento” degli atomi non facciamo riferimento di certo alle oscillazioni di ciascun atomo intorno alla lunghezza media di legame, né ai moto roto-traslazionali delle molecole delle quali fanno parte.
gea - terra vivente - rappresentazione artistico-allegoricaIl concetto di vita, associato alle condizioni di un pianeta, è qualcosa di sostanzialmente svincolato – si potrebbe quasi dire superiore – al fatto che essa includa entità biologiche come piante, animali o batteri: dall’antica concezione del nostro pianeta come Gaia – la madre terra vivente – alla più recente rivisitazione di Pandora di avatarica memoria, il concetto di vita per un pianeta è sempre stato associato ad una caratteristica fondamentale da esso condiviso con le forme biologiche: quella della tendenza all’omeostasi, tanto sul piano fisico quanto su quello chimico.  Un’omeostasi che non dev’essere in alcun modo confusa con l’inazione e l’inerzia dei pianeti per così dire “spenti”, costituiti da rocce identiche a sé stesse da miliardi di anni, bensì con la dinamicità con la quale un organismo complesso – non importa se biologico o meno – reagisce alle variazioni che in esso avvengono, stemperandone gli effetti, smorzandone le punte episodiche, bilanciandone gli incipienti scompensi, qualora dovessero tendere a manifestarsi.

una delle possibili rappresentazioni della complessità delle interazioni fra i diversi attori sulla scena terrestre

una delle possibili rappresentazioni della complessità delle interazioni fra i diversi attori sulla scena terrestre

In fondo per mantenere l’invarianza occorre una grande capacità dinamica.
Non c’è volontà in tutto questo, è ovvio, o almeno non ce n’è di più di quanta ve ne può essere in un micoplasma che duplica sé stesso, ma in compenso vi è molta più complessità.  Giusto per fare un esempio, le entità biologiche gestiscono un metabolismo degli elementi chimici utili e di quelli dannosi: ne governano l’assorbimento, la distribuzione, il metabolismo e l’escrezione, mentre un pianeta governa i cicli “di tutti” gli elementi in esso presenti, di tutti i gruppi e di tutti i periodi del sistema periodico ed in tutti i comparti ambientali esistenti.

zeoliti: struttura tridimensionale schematizzata e possibilità di inclusione di piccole molecole

zeoliti: struttura tridimensionale schematizzata e possibilità di inclusione di piccole molecole

Anche senza vita biologica un pianeta dinamico è già di per sé stesso in grado di sintetizzare molecole complesse: gli alluminosilicati delle argille ed in particolare gli zeoliti, con la loro complessità e variabilità strutturale anche su scala microscopica e con la ricorrenza degli spazi vuoti in essi contenuti, competono in fatto di complessità con le molecole biologiche, tanto che qualcuno ha voluto vedere in essi una sorta di “stampo” sul quale si sono forgiate le prime molecole biologiche, ad esempio peptidi ed oligonucleotidi.  Inutile però negare come sia proprio l’avvento della vita biologica ad avere introdotto quella svolta decisiva in termini di complessità negli stessi equilibri chimici e fisici del pianeta, non ultimi gli stessi cicli degli elementi.

Uno degli esempi più macroscopici è relativo al fatto che l’atmosfera primordiale, fino all’arrivo delle piante, aveva una concentrazione probabilmente minimale di ossigeno molecolare, decisamente insufficiente a garantire il suo impiego nella funzione respiratoria da parte di improbabili animali (ed altri organismi aerobi obbligati) di allora.   Al contrario, metano, ammoniaca ed idrogeno (insieme agli ancora presenti azoto molecolare ed acqua) contribuivano a formare un’atmosfera dalla caratteristiche spiccatamente riducenti, incompatibile con la vita superiore così come la intendiamo oggi ma potenzialmente adatta alla formazione delle prime molecole organiche a partire da precursori inorganici, come ci ha dimostrato già negli anni ’50 il celeberrimo esperimento di Miller-Urey.  Sono stati centinaia di milioni di anni di attività fotosintetica, soprattutto da parte di una massa enorme di alghe marine unicellulari, ad aver modificato poco per volta l’atmosfera, “organicando” (leggasi sintetizzando molecole complesse dove il carbonio risulta in forma ridotta rispetto al formale stato di ossidazione +4) il carbonio presente in quantità decisamente abbondanti nell’atmosfera primordiale terrestre sotto forma di anidride carbonica, originata prevalentemente dall’attività vulcanica.

esperimento di Miller-Urey condotto negli anni '50 per dimostrare la possibilità di formazione di molecole organiche nelle condizioni primordiali terrestri

esperimento di Miller-Urey condotto negli anni ’50 per dimostrare la possibilità di formazione di molecole organiche nelle condizioni primordiali terrestri

Oltre ad aver modificato in modo radicale l’atmosfera della Terra, lo sviluppo della vita vegetale ha introdotto equilibri e cicli nuovi sul nostro pianeta, ad iniziare da quello del carbonio nelle sue forme organiche, ed ha ampliato in modo sostanziale la complessità di altri cicli come ad esempio quello dell’azoto, dello zolfo e del fosforo.
Quello che siamo soliti definire come “ciclo” di un elemento, in ambito ecologico e geochimico viene definito come ciclo biogeochimico, da taluni descritto anche come “ciclo vitale” di un elemento: esso si definisce come il percorso (nello spazio, nel tempo e…  nella sua combinazione chimica) seguito da un determinato elemento chimico all’interno della ecosfera.  Circa il concetto di ecosfera esso risulta di fatto non sovrapponibile con quello forse più noto di biosfera, in quanto ques’ultimo è utilizzato in ambito biologico per indicare le zone del pianeta dove le condizioni ambientali consentono lo sviluppo della vita in sé stessa, mentre l’ecosfera è un concetto di derivazione strettamente ecologica che prevede condizioni idonee alla formazione ed allo sviluppo di “ecosistemi”, ovvero di bio-aggregazioni fra più esseri viventi.

ciclo biogeochimico dello zolfo

ciclo biogeochimico dello zolfo

Tornano alle caratteristiche dei cicli biogeochimici, indipendentemente dall’elemento coinvolto (i più noti sono i cicli del carbonio, dell’azoto, del fosforo, dello zolfo del ferro), in essi si distingue sempre un “pool” di riserva (ampio e stabile nel tempo, di solito di natura abiotica, come ad esempio un filone minerario, un sedimento o anche l’atmosfera terrestre) dove l’elemento in questione permane per lungo tempo e non risulta immediatamente disponibile, ed uno di scambio, certamente di più ridotta estensione ma più attivo, caratterizzato da una particolare dinamicità dell’elemento che passa facilmente dall’una all’altra delle sue molteplici forme, come la possibilità di essere incorporato dagli organismi viventi.
La stessa catena alimentare sta alla base del passaggio degli elemento chimici dall’ambiente esterno agli organismi che in esso vivono oppure, salendo in direzione del vertice della piramide alimentare, da un organismo all’altro della stessa catena.

 

GLI AGENTI DELLE TRASFORMAZIONI

Ad operare le trasformazioni sono agenti fisici, chimici e biologici, ai quali si sono aggiunti negli ultimi secoli in modo gradualmente determinante i fattori antropici, che in ultima analisi sono anch’essi di tipo fisico, chimico o biologico.
Tra i fattori fisici un peso rilevante hanno le sollecitazioni meccaniche – comprensive di dilatazione e contrazione termica – per esempio nella frattura delle rocce e nella loro graduale comminuzione fino in sabbia, ma anche l’effetto elettrosintetico dei fulmini che – almeno secondo la teoria dell’origina della vita tramite il brodo primordiale – sembra abbiano giocato un ruolo fondamentale nella produzione delle prime tracce di molecole organiche azotate sul nostro pianeta.   Anche oggi le attività elettriche nell’atmosfera giocano un ruolo importante in alcuni cicli di elementi, per esempio nella produzione di monossido di azoto a partire da azoto ed ossigeno molecolari e nella produzione di ozono durante i temporali.
irraggiamento solareL’irraggiamento dell’atmosfera e della superficie terrestre da parte dei raggi solari, ed in particolare della radiazione ultravioletta e visibile che riescono ad oltrepassare gli strati superiori dell’atmosfera, contribuiscono a numerosi cicli biologici (ad iniziare da quello fotosintetico) ma anche alla fotodegradazione delle molecole di origine biologica dopo la morte dell’organismo.   Come trascurare infine la stessa gravità, sia nella sua manifestazione attrattiva verso gli oggetti sulla superficie terrestre che, in senso più ampio, secondo le leggi astronomiche che governano la rotazione terrestre: senza di esse la Terra non avrebbe neppure un’atmosfera, dei fenomeni meterologici come oggi li intendiamo e la temperatura senza irraggiamento solare sarebbe a tal punto bassa che lo stato solido – notoriamente di per sé poco reattivo – sarebbe lo stato fisico in assoluto più ricorrente per la maggior parte degli elementi e composti chimici.

L’acqua è stato ed è tutt’ora certamente uno degli agenti di trasformazione fondamentali sul nostro pianeta (e non soltanto): insieme all’azoto molecolare è stata una delle poche specie chimiche di ampissima e costante diffusione sulla quale si è basata ed in seguito è proseguita la vita sul nostro pianeta, a differenza ad esempio del metano, dell’ammoniaca e dell’idrogeno, fondamentali per la formazione delle prime molecole organiche ma ora non più così crucuali per la vita evoluta, o dell’ossigeno che è divenuto fondamentale soltanto in seguito.    Oltre ad un’azione anche in questo caso meccanica e per così dire modellante sulla forma della superficie del pianeta, l’acqua svolge un ruolo fondamentale in quanto reagente ed in quanto a solvente di reazione, come avremo modo di descrivere in modo più dettagliato nel capitolo successivo.

Il cosiddetto “fattore biotico” continua ancora oggi ad avere un ruolo fondamentale nel garantire il primo ingresso della materia inorganica solida, come le rocce, identiche a se stesse da milioni e milioni di anni, nell’arena della dinamicità terrestre.
L’insieme dei processi di natura fisica, chimica e biologica che portano nel corso del tempo alla formazione del suolo è noto come pedogenesi (dal greco: “nascita del suolo”): essa prende le mosse dal cosiddetto substrato pedogenetico che altro non è che un materiale roccioso piuttosto frantumato, derivante da una prima alterazione – solitamente di natura abiotica – della roccia madre originaria.   La principale discriminante che differenzia un semplice substrato pedogenetico (es. un accumulo di materiale sedimentario o di roccia frantumata in sabbia) da un suolo vero e proprio è la necessaria presenza in quest’ultimo di sostanza organica.

colonizzazione di un substrato pedogenetico costituito da detriti vulcanici da parte di arbusti di ginestra

colonizzazione di un substrato pedogenetico costituito da detriti vulcanici da parte di arbusti di ginestra

Batteri, licheni e muschi sono fra le prima forme di vita che, colonizzando il sedimento non ancora pedogenizzato, contribuiscono alla sua trasformazione sia in modo attivo – ad esempio tramite trasformazione chimica e fisico-meccanica della sua struttura – che in modo passivo, con la deposizione su di esso delle stesse spoglie vegetali ormai non più vitali.   Dal punto di vista della composizione chimica fanno la loro comparsa i composti organici del carbonio che, beninteso, non derivano in questo caso dalle piccole concentrazioni di carbonati eventualmente rinvenibili nei minerali, bensì dall’anidride carbonica presente nell’atmosfera, “organicata” dalle stesse piante e batteri autotrofi e fotosintetici.   Anche l’azoto, uno dei principali elementi contenuti nelle molecole organiche, entra nelle composizione dei terreni principalmente grazie alla “fissazione” di quello molecolare atmosferico, esercitata da determinati gruppi di batteri (es. Azotobacter, Clostridium, ecc) molti dei quali (es. genere Rhizobium), in sono in grado di vivere in simbiosi con famiglie di piante superiori quali le fabacee, note anche come papilionacee o leguminose, come ad esempio la ginestra (Sarothamnus scoparius), nota infatti come pianta colonizzatrice dei substrati pedogenetici poco trasformati, ad esempio quelli di origine vulcanica.
Anche diversi generi di funghi sono in grado di stabilire rapporti simbiotici con le radici di piante superiori, note come micorrizze.

 

DOVE CONDUCONO LE TRASFORMAZIONI?

Perché un elemento posso andare in circolo nell’atmosfera deve risultare volatile, ovvero manifestare una ridotta tensione di vapore – quindi caratterizzarsi come gas (es. azoto, anidride carbonica, ossigeno, anidride solforosa, ecc) o vapore (es. ammoniaca, acido solfidrico, ecc) – oppure essere facilmente evaporabile o, in alternativa a tutto questo, deve potersi disperdere in aggregati decisamente piccoli, come ad esempio microcristalli (es. il sale della salsedine portata dal vento nei posti di mare).   A tradire un po’ tutte queste aspettative viene l’acqua, un liquido che mostra un’entalpia di evaporazione estremamente elevata (in pratica richiede molta energia per passare allo stato di vapore), ma gioco-forza costituisce una delle sostanze chimiche più abbondanti sul nostro pianeta, presentandosi per di più con una superficie di interfaccia con l’atmosfera pari a quella dei 2/3 della superficie terrestre.

solvatazione di composti ionici da parte dell'acqua

solvatazione di composti ionici da parte dell’acqua

Perché un elemento possa fissarsi in forma solida nei depositi geologici sotto forma di minerale, esso deve risultare pochissimo solubile, in modo specifico nell’acqua.   Può apparire a tutta prima una banalità, ma può risultare invece utile soffermarsi un momento a riflettere su come la quasi totalità dei minerali rappresentino forme insolubili degli elementi coinvolti.   I pochi depositi di sali solubili, per esempio il salgemma (cloruro di sodio) della Sicilia, il salnitro (nitrato di sodio) del Sud America ed i fosfati del Marocco si sono formati in zone ben protette dal dilavamento da parte delle acque superficiali e meteoriche.   Il resto dei sali solubili li troviamo nelle acque marine ed oceaniche, e fra di essi prevalgono fra gli anioni quelli appunto più solubili come i cloruri e secondariamente i solfati, e fra i cationi quelli che quasi mai precipitano anche nelle più avventurose esperienze degli studenti di analisi qualitativa: il sodio ed il potassio.   Anioni organici i cui sali, anche di metalli di transizione, potrebbero risultare assai solubili (es. acetati, citrati, ecc), sono presenti solitamente in concentrazioni irrisorie proprio per la biodegradazione alla quale essi vanno regolarmente incontro, anche ad opera di (micro)organismi non particolarmente specializzati.
E’ invece l’acqua il media più comune per le trasformazioni di tipo reattivo che avvengono sulla Terra.   A determinare questa situazione concorrono diversi fattori: oltre all’abbondanza di questa sostanza – una delle più diffuse sulla crosta terrestre – bisogna infatti tenere conto della notevole capacità solvatante di questo liquido, in grado di mantenere disciolti in soluzione una vastissima gamma di specie chimiche inorganiche ed organiche: l’apparente limitazione dovuta alla concentrazione limite di saturazione non particolarmente elevate per molte sostanze organiche, ed in modo specifico quelle non particolarmente polari, e per quelle inorganiche a basso Kps, viene di fatto ampiamente compensata sul piano globale dalla grande massa di questo solvente che costituisce fiumi, laghi ed oceani sul nostro pianeta.

reazione acido-base fra i componenti di una compressa, asciutta ed in acqua

reazione acido-base fra i componenti di una compressa, asciutta ed in acqua

Più in generale, cercando di vedere più in là del benevolo caso terrestre, le reazioni in fase liquida, dove le specie reagenti sono già di per sé stesse allo stato liquido oppure sono a loro volta in soluzione all’interno di un solvente liquido, sono probabilmente le più facilmente rinvenibili o anche semplicemente ipotizzabili: mentre le reazioni allo stato solido sono notoriamente meno rapide per ragioni cinetiche, termodinamiche e steriche (fino al limite di risultare di fatto impedite), quelle in fase di vapore o di gas sono tutto sommato poco probabili per il semplice fatto che una grande quantità di sostanze chimiche, tanto nel campo inorganico quanto in quello organico, si decompongono termicamente prima di raggiungere lo stato aeriforme, e talvolta anche quello di fusione.
Le straordinarie ed oggettive proprietà chimico-fisiche dell’acqua, che insieme alla sua abbondanza hanno reso possibile la vita come la intendiamo oggi sul nostro pianeta, sono state descritte in un articolo specifico: “L’acqua: il caso anomalo intorno a noi”.

Ossigeno ed acqua.    Queste sono probabilmente le due specie chimiche al tempo stesso che riuniscono in sé stesse due caratteristiche destinate a tracciare la direzione della stragrande maggioranza delle trasformazioni chimiche spontanee sul nostro pianeta: l’abbondanza e la reattività.   Anche se nelle percezione comune non si pensa solitamente ad esse, specie all’acqua, come a specie chimiche reattive, il chimico in realtà conosce bene il potere reattivo di questa molecola ubiquitaria, tanto che nelle sintesi di laboratorio essa costituisce spesso un nemico temibile dal quale mattere al riparo – fosse anche in forma di umidità atmosferica – i delicati prodotti sintetizzati.   Anche qualora non partecipi direttamente alle reazioni chimiche sotto forma di reagente, l’acqua media un numero incredibilmente alto di trasformazioni chimiche.

metabolismo del benzene - si evidenzia la tendenza alla formazione di prodotti più polari e solubili in acqua

metabolismo del benzene – si evidenzia la tendenza alla formazione di prodotti più polari e solubili in acqua

Il destino al quale vanno incontro le molecole organiche, specie quelle che la prevalenza di gruppi idrofobici come catene alchiliche ed anelli benzenici risultano poco o per nulla solubili in acqua è da un lato il loro accumulo nei comparti lipidici dell’organismo (le stesse molecole risultano infatti lipofile) dove rischiano in taluni casi di accumularsi indefinitamente per via dell’incapacità dell’organismo di dilavarli oppure di metabolizzarli.   E’ questo il triste caso di molte molecole organiche con caratteristiche fortemente idrofobiche, specie se alogenate o contenenti altri gruppi “non ben riconosciuti” dall’apparato enzimatico cellulare.   Qualora ve ne sia la possibilità, la tendenza da parte dell’organismo resta comunque quella di introdurre in queste molecole, tramite processi metabolici sempre di tipo enzimatico, dei gruppi polari quali gruppi alcolici/fenolici, carbonilici, carbossilici, fino alla coniugazione con molecole ubiquitarie nell’organismo, preposte al trasporto dei metaboliti in direzione dell’escrezione urinaria, come ad esempio l’acido glucuronico (moltissimi farmaci vengono infatti escreti sotto forma di glucuronati idrosolubili) ed il glutatione.   Con tutti i dovuti distinguo del caso, anche la biodegradazione ambientale delle molecole organiche insolubili in acqua – si pensi per esempio alle chiazze di petrolio in mare – segue un destino analogo.

trasformazioni ossidative e radicaliche delle specie azotate in atmosfera

trasformazioni ossidative e radicaliche delle specie azotate in atmosfera

Il secondo fattore, quello legato all’abbondanza di ossigeno nell’attuale atmosfera terrestre (circa il 20.95%) determina le caratteristiche fortemente ossidanti di qualsiasi ambiente – non soltanto l’aria – al quale sia permesso il contatto con l’atmosfera.   Questo fattore esercita un’influenza determinante all’interno dei cicli biologici degli elementi, giustificando nell’ambiente abiotico la naturale tendenza all’ossidazione, quasi sempre favorita sotto il profilo termodinamico, anche se talvolta richiede per poter procedere con una velocità apprezzabile la presenza di catalizzatori naturali.   E’ il caso della trasformazione in atmosfera dell’acido solfidrico in anidride solforosa e da questa in anidride solforica (stato di ossidazione dello zolfo rispettivamente -2, +4, +6), dell’azoto da monossido a biossido (da +2 a +4), del ferro da ferroso (+2) a ferrico (+3) e così via, fino ad arrivare all’ossidazione stessa del carbonio, con incremento del suo stato di ossidazione formale.    Oltre alla combustione naturale, abiotica, quella per intenderci alla quale possiamo assistere in occasione degli incendi che porta questo elemento al suo massimo stato di ossidazione (+4), quello rinvenibile nell’anidride carbonica e negli altri composti “inorganici” del carbonio, l’ossidazione controllata del carbonio è alla base di quella che ormai siamo giunti a considerare quasi alla stregua di un sinonimo di vita: la respirazione cellulare, tanto che la rincorsa continua al miglioramento energetico fra gli esseri viventi superiori sembra essersi concentrata sul perfezionamento della resa nel recupero energetico derivante da questa forma di ossidazione controllata del carbonio  [ Lettura consigliata: “Perchè mangiamo? Le ragioni dell’alimentazione, dal punto di vista del chimico” ].
Respirazione e metabolismo energetico a parte, l’ossidazione stessa è in fondo uno dei migliori sistemi dei quali disponga un sistema biologico per introdurre in molecole apolari ed eventualmente poco solubili, come ad esempio quelle di origine xenobiotica, delle funzionalità polari che ne migliorino la solubilità in acqua e/o la possibilità di essere allontanate previo coniugazione con i suddetti agenti di trasporto.   Le stesse biotrasformazioni del benzene, riportate nello schema soprastante, sono degli esempi di ossidazione che conducono alla formazione di specie chimiche più polari e più idrosolubili: peccato che in taluni casi – e quello del benzene è proprio uno di questi – il tentativo spontaneo da parte dell’organismo di gestire queste molecole in vista della loro escrezione porta alla formazione di metaboliti ancor più pericolosi della molecola di partenza.

carcassa di cavallo in decomposizioneAl di fuori della portata di azione dell’ossigeno (ad esempio negli ambienti fortemente asfittici), le dinamiche di degradazione delle molecole organiche – in primo luogo ad opera degli organismi decompositori – prende un percorso anaerobico, connotandosi come processo putrefattivo.   Di fatto entrano in gioco microrganismi anaerobi facoltativi o obbligati in grado di ridurre lo stato di ossidazione di taluni eteroatomi contenuti nelle molecole biologiche fino allo stato di ossidazione minimo, con formazione di molecole al tempo stesso volatili e riducenti quali fosfina, acido solfidrico, metano ed ammoniaca che, una volta tornate nell’atmosfera, si ossidano nuovamente per tornare sulla terra in soluzione insieme alle precipitazioni meteoriche.   [ Lettura consigliata: “La chimica della purtrefazione“].

 

DALLA CONCENTRAZIONE ALLA DIFFUSIONE

vena di malachite (carbonato rameico) in galleria mineraria

vena di malachite (carbonato rameico) in galleria mineraria

Non tutti gli elementi chimici in realtà è bene che “circolino liberamente” nell’ambiente.   Alcuni metalli pesanti, ad esempio il mercurio, il cadmio ed il piombo, forse gioverebbero di più alla vita su questo pianeta se restassero confinati laddove si trovano per natura: nei giacimenti dove essi appunto “giacciono” da tempi immemorabili quasi unicamente sotto forma di minerali costituiti a loro volta da sali insolubili come ad esempio i solfuri (es. galena, cinabro, ecc).   Sono sempre stato sorpreso di notare, sulle tabelle che riportano le Kps (prodotto di solubilità) come i solfuri dei metalli di transizione ed in particolare quelli definiti “pesanti” siano in assoluto i più ridotti, ovvero di come queste sostanze siano, almeno nel mondo inorganico, fra le meno solubili in assoluto in acqua.   Oltre a non avere una naturale propensione a solubilizzarsi e quindi ad entrare in circolo nell’ecosistema, qualora dovessero presentarsi anche concentrazioni localmente elevate di questi elementi in soluzione, ad esempio nei pressi di un giacimento sottoposto all’azione di piogge acide, questi elementi tenderebbero naturalmente a precipitare magari pochi metri più in là, in forma di sali insolubili, proprio per l’elevata concentrazione del loro catione in forma libera, tale da spostare l’equilibrio di dissociazione nuovamente verso la forma insolubile.
Cosa compie quindi l’uomo di così “poco naturale” da far sì che questi metalli pesanti impattino in modo insostenibile sull’ecosistema terrestre?
Tre cose fondamentali, che messe insieme giustificano il tutto: in primo luogo li toglie dal giacimento, ovvero estrae il minerale e lo distribuisce nel mondo; in secondo luogo attraverso reazioni chimiche porta il metallo in una forma salificata solubile o addirittura metallorganica, distribuendo ulteriormente nel mondo questi prodotti secondo una rete commerciale e di utilizzo; infine “disperde” nell’ambiente questi prodotti, o meglio ancora i materiali e gli oggetti nei quali sono stati introdotti, in piccole dosi ma in modo piuttosto uniforme sul pianeta.

biomagnificazione del mercurio attraverso la catena alimentareLa combinazione dei fattori dovuti alla forma solubile e spesso metallorganica con la rarefazione della dispersione nei vari comparti dell’ecosistema fa sì che questi possano rendersi disponibili in forma solubile (seppur a bassissima concentrazione) da parte degli organismi viventi.   Una volta introdotti in un organismo, ad esempio un’alga, questi elementi si fissano, solitamente ai gruppi solforati di tipo tiolico (zolfo bivalente) dell’aminoacido cisteina contenuto in tutte le proteine con il doppio risultato di deteriorare la funzionalità della proteina medesima e di impedire la successiva escrezione del metallo da parte dell’organismo.   Quando questo organismo sarà mangiato da un altro e questo a sua volta da un suo predatore, via via verso il vertice della piramide alimentare, si assiste ad una graduale ma inesorabile concentrazione dell’elemento, detta anche “magnificazione”, che raggiunge il suo massimo negli organismi carnivori che stanno al vertice della piramide alimentare specifica del loro habitat (es. orsi polari, squali, leoni o…  l’uomo).
E’ da notare come, successivamente alla morte dell’organismo, i metalli pesanti già legati allo zolfo della cisteina passino gradualmente alla forma inorganica di solfuro, ripristinando in pratica la stessa specie chimica – insolubile – dalla quale gran parte di essi è stata estratta, semplicemente non più concentrata in un giacimento, bensì dispersa nel terreno e nei fondali marini.

Un caso diametralmente opposto è rappresentato da tutte quelle sostanze – elementi chimici, ioni oppure molecole organiche – che in natura sono solitamente presenti in modo distribuito, in tracce un po’ ovunque ma che l’uomo in qualche modo ricerca e concentra, oppure sintetizza ad hoc per un loro impiego applicativo.   Non è mai stata più veritiera l’affermazione di Paracelso circa l’inesistenza del “veleno” in sé, ma che ogni sostanza può essere o non essere un veleno, in relazione alla sua dose: dal cobalto al fluoro al selenio – fino alla vitamine – specie chimiche tutte indispensabili al nostro organismo alla micro-dosi nelle quali esse sono solitamente già presenti negli alimenti, fino agli alcaloidi, ai fenoli ed ai terpeni contenuti nelle piante che sono spesso utilizzati in fitoterapia ma che, una volta concentrati, possono costituire altrettanti pericoli per l’organismo e più in generale per l’ambiente.

 

 

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