FOTOSINTESI CLOROFILLIANA. - Il suggestivo processo di nutrizione fogliare delle piante è rimasto chiarito nelle sue linee fondamentali fin da quando le classiche esperienze del De Saussure (1740-99) permisero di stabilire che, in presenza della luce solare, la pianta verde emette un volume di ossigeno uguale a quello dell'anidride carbonica assorbita, per modo che si poterono fissare le tre condizioni fondamentali per le quali il fenomeno si compie: a) presenza di anidride carbonica nell'ambiente; b) presenza della luce solare; c) presenza di pigmento verde.
Pertanto il processo di nutrizione fogliare veniva ad essere ben definito a limitato alla nutrizione carbonica, decorrente sotto l'influenza della luce ed in presenza di clorofilla: per cui ebbe il nome di processo di f. c. o clorofillica.
Il passaggio dal carbonio inorganico al carbonio organico, organizzazione del carbonio operata dalla f. c., è stato fin da allora ritenuto un processo di riduzione, nel quale da sostanze completamente ossidate, e quindi non combustibili (anidride carbonica ed acqua), si passa a sostanze a minor grado di ossidazione e quindi combustibili, processo pertanto a carattere endenergetico, che si compie cioè con assorbimento di energia, e precisamente di energia luminosa (fotoni) erogata dal sole, che la pianta assoba ed immagazzina come energia chimica con la costruzione della sostanza organica. Ed è per questo aspetto che le piante possono essere definite accumulatori d'energia solare.
Le fruttuose ricerche sperimentali, che si sono susseguite numerose dall'albere dell'Ottocento, hanno illuminato sull'importanza dei singoli fattori che regolano il processo fotosintetico, e cioè la luce (intensità e qualità delle radiazioni), le materie prime reagenti (anidride carbonica ed acqua), la temperatura, il contenuto in clorofilla, il contenuto in elementi minerali (macro e micro) ed infine degli altri fattori, cosiddetti « interni », legati all'attività enzimatica e protoplasmatica della cellula (in vitro, fuori dai cloropiasti, la clorofilla perde la sua azione caratteristica).
Poco susdenti risultano invece le numerose ipotesi sul primo prodotto organico che si origina dalla riduzione fotochimica dell'anidride carbonica. Scartata l'ipotesi emessa ca. un secolo fa, che l'amido risulti il primo prodotto dell'assimilazione del carbonio, resterono accreditate le ipotesi di Baeyer e Willstaetter e Stoll, che ritengono quale primo prodotto di riduzione l'aldeide formica, e l'ipotesi di Maquenne, che esclude l'aldeide formica ed ammette invece che il primo prodotto della f. c. sia direttamente un monosio, cioè uno zucchero semplice.
Recentemente in California numerosi ricercatori, Ruben, Randall, Kamen, e Hyde, somministrando ad alghe verdi del genere Chlorella anidride carbonica comune ed acqua contenente l'isotopo O¹⁸, in luogo dell'ossigeno O¹⁹, hanno rivelato che l'ossigeno svolto, durante il processo fotosintetico, proviene interamente dall'acqua e non dall'anidride carbonica. L'acqua quindi nel processo fotosintetico subisce una deidrogenazione e l'anidride carbonica o un suo derivato rappresenta il corrispondente accettore d'idrogeno.
Sempre in California, Calvin e colleghi hanno successivamente approfondite le ricerche lavorando con l'isotopo C¹⁴ e sono giunti alla conclusione che la comparsa di glucosio quale primo prodotto stabile della sintesi clorofiliana è preceduta dalla formazione di scidi organici che vengono progressivamente idrogenati, per azione fotochimica e anche in virtù di reazioni che decorrono senza bisogno di luce.
Secondo queste recenissime ricerche la f. c. può essere riguardata quale processo inverso della respirazione, non solo in senso energetico, ma soprattutto in senso biochimico e enzimatico (Pratolongo).
In merito all'energia solare utilizzata dalle piante nella f. c., secondo recenti calcoli di Putter, il quale ha tenuto conto delle perdite dovute alla respirazione, essa risulta variare entro i bassi limiti del 2-4 %. Da valori infatti di utilizzazione, per cento di energia solare, del 2,1 nella bietola, si passa a 2,6 nell'orzo, a 3,0 nelle patate, a 3,2 nell'avena e nel frumento, a 3,7 nel cavolo.
Le quantità di carbonio che ogni anno sono fissate dalle piante per opera della f. c. sono enormi. Si attribuisce oggi alla vegetazione presente nella terraferma una attività assimilatoria annua pari a 1,0-10¹⁰ tonnellate di carbonio organico, che corrisponde in media a 13 ql. di carbonio per anno e per ettaro sull'intera superficie emersa. La sintesi clorofiliana che ha luogo in seno agli occami supera altresì quella terrestre; essa è stata valutata in tonnellate 15,1-10¹⁰ annue pari in media a 37,5 ql. di carbonio fissato per anno e per ettaro di superficie mamma (Riley, 1941).