Per combattere il cambiamento climatico e il bostrico, nelle foreste svizzere vengono piantati sempre più legni duri. Se possibile, il loro legno dovrebbe essere utilizzato più volte (e per lungo tempo) prima di finire come legna da ardere e rilasciare nuovamente nell’atmosfera la CO2 immagazzinata. Attualmente, tuttavia, una parte eccessiva del legno duro prodotto viene ancora utilizzata direttamente per scopi energetici. Sono quindi necessarie idee innovative per un utilizzo a cascata più sostenibile. Una possibilità è quella di dotare il materiale naturale di nuove proprietà - in termini tecnici, di funzionalità - e di trasformarlo, ad esempio, in legno magnetico, impermeabile o che genera elettricità.
Il team del ricercatore micologo Francis Schwarze del laboratorio "Cellulose & Wood Materials" dell’Empa di San Gallo sta attualmente lavorando a un’altra idea per un nuovo materiale composito basato sul legno duro: il legno luminoso. Oltre alle applicazioni tecniche, il legno luminoso potrebbe essere trasformato in mobili di design o gioielli.
Il biotecnologo Francis Schwarze ha trovato i funghi luminosi in natura, li ha analizzati in laboratorio e ne ha decifrato il codice genetico. L’armillaria senza anelli(Desarmillaria tabescens) si è dimostrata particolarmente efficace. Dopo i test preliminari con diversi tipi di legno, Francis Schwarze ha iniziato con il legno di balsa(Ochroma pyramidale), un legno con una densità particolarmente bassa. Utilizzando la spettroscopia, i ricercatori hanno osservato come il fungo degradi la lignina nei campioni di balsa, responsabile della rigidità e della resistenza alla pressione del legno. Le analisi di diffrazione a raggi X hanno mostrato che la stabilità del legno non è scomparsa: la cellulosa, che fornisce la resistenza alla trazione del legno, è rimasta intatta.
Il bioibrido tra fungo e legno è al massimo della sua luminosità dopo essere stato posto in un incubatore per tre mesi. La Desarmillaria tabescens è particolarmente amante dell’umidità: i campioni di legno di balsa hanno assorbito otto volte il loro peso in umidità durante questo periodo. A contatto con l’aria, la reazione enzimatica inizia finalmente nel legno.
Il bagliore si manifesta in tutto il suo splendore dopo dieci ore, con l’emissione di una luce verde con una lunghezza d’onda di 560 nanometri, come ha determinato la ricercatrice dell’Empa Giorgia Giovannini del laboratorio "Membrane biomimetiche e tessuti" durante le analisi condotte con la spettroscopia di fluorescenza. Attualmente questo affascinante processo dura circa 10 giorni: "Stiamo ottimizzando i parametri del laboratorio per aumentare ulteriormente la luminosità in futuro", spiega la ricercatrice dell’Empa.
Bioluminescenza naturale
La bioluminescenza è presente in natura in un’ampia varietà di organismi. La luce è prodotta da processi chimici che rilasciano energia sotto forma di luce e calore. Se confrontiamo le reazioni che producono luce in natura sulla base della loro efficienza quantica, la lucciola si aggiudica il primo posto con un valore del 40%, le meduse luminose con il 17% e i funghi luminosi con il 2%.Più di 70 specie di funghi presentano bioluminescenza. Producono un bagliore chiamato "foxfire" nel legno in decomposizione. Questo termine è un misto franco-inglese di "faux" e "fire", che significa "falso fuoco". Lo scopo della bioluminescenza nei funghi non è del tutto chiaro. È possibile che attiri gli insetti per diffondere le spore dei funghi.
Des matériaux vivants enchevêtrés
Ce succès est dû à un parasite : le champignon de l?armillaire est un agent pathogène de la pourriture blanche des arbres et donc en fait un parasite du bois. Certaines espèces produisent une substance naturelle, la luciférine, dont la luminescence est stimulée par un processus enzymatique en deux étapes. Le bois traversé par des filaments de champignons émet donc une lumière verte.
"Le bois naturellement lumineux a été décrit pour la première fois il y a environ 2400 ans par le philosophe grec Aristote", explique Francis Schwarze. Pour être plus précis, la structure entrelacée de champignon et de bois peut être qualifiée de biohybride naturel, une combinaison de matériaux vivants. "Créés artificiellement, de tels matériaux composites seraient intéressants pour de nombreux types d?applications", explique le chercheur de l?Empa. Mais ce que la nature semble réussir sans peine était jusqu?à présent un (trop) grand défi pour la biotechnologie. L?équipe de l?Empa a maintenant réussi pour la première fois à induire et à contrôler le processus en laboratoire dans des conditions contrôlées.
Il legno luminoso è difficile da trovare in natura, poiché le onnipresenti fonti di luce artificiale rendono difficile la ricerca notturna. Francis Schwarze, ricercatore dell’Empa, consiglia di cercare il legno morto sotto le foglie umide d’autunno in una foresta mista di faggi in una notte d’autunno senza luna. Con un po’ di fortuna, è qui che si può scoprire il fungo e il suo pasto di legno luminoso.
Il piccolo calamaro Watasenia scintillans misura solo otto centimetri, ma è molto bravo a mimetizzarsi: le cellule che emettono luce sono sparse su tutta la sua parte inferiore.
Queste fotofore confondono i pesci predatori che vivono sul fondo del mare. Alzando lo sguardo verso la superficie dell’acqua, i predatori non riescono a individuare il calamaro luminoso.
Questi insetti, che possono misurare fino a due centimetri, si trovano per accoppiarsi grazie alla loro luce. Le lucciole non solo hanno un addome traslucido, ma anche uno strato riflettente all’interno.
Questo "specchio integrato" proietta anche la bioluminescenza verso l’esterno. Lampyris noctiluca è quindi la grande "lampada" tra gli esseri viventi bioluminescenti.
Conosciuto come fungo del miele o armillaria, è uno degli esseri viventi più sorprendenti del pianeta. Può crescere sul suolo della foresta nella sua forma classica di fungo, semplicemente ornato da una fascia decorativa intorno al gambo, come un braccialetto, da cui il nome latino "armillaria". Tuttavia, la sua rete di filamenti neri, che si estende sul legno e sul terreno, è molto più impressionante. I filamenti del fungo si riuniscono in fasci spessi diversi metri, circondati da uno strato protettivo nero contenente melanina. Questi rizomorfi sono alla ricerca di nuovi habitat e nuove fonti di cibo. La più grande creatura vivente del mondo, una rete di armillarie di circa 2.400 anni, si estende per diversi chilometri quadrati nello stato americano dell’Oregon. Il fungo più grande d’Europa si trova sull’Ofenpass, in Svizzera. Questa armillaria di 1000 anni copre un’area grande come 50 campi da calcio.
