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Chelato o non chelato? di Rocco Sclafani

La somministrazione e la biodisponibilità del ferro in acquario rimane uno dei punti cruciali di discussione e fonte di interrogativi per chi si occupa di plantacquari. Questo articolo non vuole prendere in considerazione i vari processi ossidoriduttivi che sono alla base delle trasformazioni del ferro nei vari stati, ma il suo rapporto con i chelanti e le loro interazioni con le piante in acquario. Lo scopo di questo articolo non è quello della presentazione di formule chimiche e di reazioni, ma vuole essere uno spunto di riflessione su queste sostanze, sulle differenze tra di esse e sul loro utilizzo negli acquari di piante.

 

I chelanti questi sconosciuti

Questo termine derivante dal greco identifica una famiglia molto eterogenea di molecole, da molto semplici a molto complesse che hanno la capacità di legare i metalli. A questa classe di molecole appartengono infatti sia il gruppo eme della emoglobina, che lega il ferro, nella molecola deputata al trasporto dell’ossigeno nel sangue e allo stesso tempo anche la clorofilla, che lega il magnesio, sul cui ruolo non credo di dovere aggiungere nulla. Altre molecole note agli acquariofili che hanno effetto chelante sono ad esempio gli acidi umici.

 

La Natura è stata costretta ad inventarsi nel corso dell’evoluzione queste sostanze per contrastare una fastidiosa tendenza degli ioni metallici, quella di diventare rapidamente indisponibili per i processi biologici per i quali sono spesso indispensabili. I chelanti sono stati via via sviluppati anche in laboratorio per scopi che ovviamente sono molto diversi da quello della fertilizzazione con ferro delle piante di acquario.

Il capostipite di questa classe di sostanze artificiali è l’EDTA il cui nome scientifico molto poco aggiunge a chi non è esperto di chimica organica. E’ una sostanza scoperta da molto tempo [1930] usata nell’industria, come farmaco nell’uomo avvelenato da metalli pesanti, ovvero come anticoagulante nelle provette dei prelievi di sangue.

 

Perché una molecola può funzionare in modi così differenti l’uno dall’altro?

Il principio di funzionamento non è direttamente legato all’EDTA stesso ma allo ione [ossia all’atomo carico elettricamente] che sequestra al suo interno. Se osserviamo la molecola in questione penso si possa capire meglio il termine sequestrato.

 

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Il cerchio rosso intorno alla M non fa parte della struttura molecolare ma serve a dimostrare come lo ione metallico sia "racchiuso" in modo da essere isolato dall’ambiente circostante.

 

La molecola di EDTA inoltre non ha nessuna intelligenza e quindi non distingue quello che deve estrarre dal fluido nella cui soluzione è inserita. Il "buco" centrale ha, però, una forma e una dimensione tale che ci sono degli ioni che vi si adattano meglio di altri e quindi possiamo stilare una classifica della sua "affinità" con le varie specie in soluzione, ossia: cromo, ione ferrico, mercurio, rame, piombo, zinco, alluminio, ione ferroso, manganese, calcio e magnesio. A questo punto vi starete chiedendo, se siete ancora qui a leggere tutto questo, quando inizieremo a parlare di acquari.

 

Se osservate bene la classifica delle affinità di questa molecola capostipite in seconda posizione noterete una sostanza con cui i plantaquariofili sono ben confidenti ossia lo ione ferroso. E se osserviamo le ultime posizioni altre due sostanze a noi tutti note. L’EDTA [e i suoi derivati] vengono infatti utilizzati in acquariofilia con due indicazioni principali.

 

E’ un costituente essenziale dei biocondizionatori, ossia di quei bei liquidi colorati che aggiungiamo per rimuovere le sostanze "tossiche" dall’acqua di rubinetto. Le sostanze tossiche di cui parliamo sono in realtà i metalli pesanti di cui spesso le nostre acque sono ricche e che a concentrazioni per noi innocue sono tossiche per i pesci. In questo caso ovviamente il chelante è "libero" ossia non è legato in fase di produzione ad alcuna sostanza in modo cioè da potere esplicare in modo efficace il suo effetto detossificante.

 

Da questo, per altro, discende anche un altro effetto, che se aggiunto in dosi sufficienti, è capace anche di ridurre la durezza sia carbonatica [per chelazione del calcio] sia quella totale [per chelazione del magnesio]. Il secondo e più diffuso uso dei chelanti è quello di somministrarli dopo che in fase di produzione sono stati legati al ferro. Il ferro come dicevamo ha un metabolismo complesso in acqua al quale dobbiamo per forza di cose fare qualche riferimento.

 

Il ferro come tale non esiste in acqua, specie in quella dell’acquario, in quanto, in un ambiente ossidante [ricco cioè di ossigeno], tende con estrema rapidità a formare composti insolubili che si depositano nel fondo dell’acquario. L’idea quindi di adottare un sistema che tenda a mantenere in soluzione il ferro ha sicuramente un potente substrato concettuale. L’EDTA cioè mantiene il ferro in un composto solubile che circola ripetutamente nell’acqua del nostro acquario e che lo porta a contatto con le piante ... e fin qui tutto è bellissimo e molto logico, ma qual è il passo successivo?

 

Il legame "stabile" del ferro con i chelanti diventa a questo punto un problema per la pianta che ha la necessità di assumere il ferro dall’interno di questa molecola "gelosa". Come spesso avviene, anche non in ambito strettamente vegetale, il problema può essere risolto con un "investimento" Il riquadro rosso evidenzia la moneta di scambio che può utilizzare la pianta…non disponendo di altro, ossia per assorbire il ferro dal chelante deve essere disposta, e aggiungerei anche in grado di, fornire energia al chelante.

 

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Il processo di assorbimento del ferro quindi non è un processo passivo ma attivo e come tale è considerato dalla pianta. La pianta deve investire parte della energia prodotta con la fotosintesi per captare il ferro dall’ambiente circostante. Questo spiega anche la inutilità di fertilizzazioni di piante che sono state appena trapiantate o fortemente sottoposte a potatura. In queste condizioni le piante sono ovviamente "concentrate" sui processi o di replicazione delle strutture radicali o nei processi riparativi, hanno quindi poca energia da devolvere ad un processo come questo.

 

Ovviamente il ferro chelato non viene solo assorbito dalle piante ma con altrettanta efficienza anche dalla nostre amate alghe. Non dobbiamo quindi pensare che questo processo di assorbimento del ferro privilegi le piante a scapito delle alghe. Qualunque sia la struttura che lo ha liberato, quando il chelante è privato del suo ligante la sua reattività lo porta a ricaptare un nuovo ione in base alla già riportata tabella di affinità, in questo modo può estrarre il ferro dai composti insolubili presenti in grande quantità nel fondo dell’acquario rimettendolo in circolo nella colonna d’acqua ed aumentandone in questo modo la biodisponibilità.

 

Questo processo continua fin quando o si esauriscono le specie chimiche da legare, evento praticamente impossibile, o molto più frequentemente quando il chelante viene degradato per azione della digestione enzimatica o per fotodegradazione.

 

Ci sono chelanti e chelanti

Tutte le nostre riflessioni le abbiamo fatte finora riferendoci al capostipite di questa categoria di molecole che utilizziamo in acquario ossia l’EDTA. Ovviamente la ricerca, quasi mai quella direttamente acquariofila, ha fatto si che esistano in commercio una numerosa serie di sostanze "parenti" più o meno stretti di quella citata. L’EDTA ha molti limiti che ne penalizzano l’uso in acquario, il suo intervallo di stabilità è legato, come per tutti i chelanti, al valore del pH. Nel caso specifico la capacità di legare il ferro è compresa tra valori compresi tra 4 e 6,3 circa e poi scende molto rapidamente.

 

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Esistono in commercio sostanze che sono molto più stabili al variare del pH e tra queste possiamo citare l’EDDHA molto più stabile in funzione del pH.

 

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O ancora l’EDDHMA

 

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Questi ultimi due come si può vedere dalle tabelle sono molto più efficienti nel legare il ferro ma hanno una spiacevole caratteristica che ne impedisce, di fatto, l’uso in acquario, colorano l’acqua di un delizioso quanto indesiderato rosso mattone. La stabilità di un chelante non è però un argomento secondario, in quanto, scusatemi se dico cose ovvie, se al crescere del pH si riduce la sua affinità con il ferro allora esso perderà la capacità di legarlo, ossia il motivo per cui lo abbiamo scelto.In questo modo il ferro tornerà rapidamente in soluzione e altrettanto rapidamente finirà nel fondo. Ci sono chelanti che però hanno ottime caratteristiche per il nostro uso ossia sono resistenti alla luce, hanno una affinità per un ampio range di valori di pH e non colorano l’acqua. Questi sono essenzialmente l’HEDTA e il DTPA che garantiscono una stabilità intorno a pH 7,5 e che sono quindi utilizzati nella composizione di concimi commerciali per acquario o in preparazioni a base di ferro da sciogliere in acqua.

 

Quindi chelato o non chelato?

Non credo esista una sola risposta a questa domanda. Entrambe le strategie di fertilizzazione con ferro hanno vantaggi e svantaggi. Se così non fosse non esisterebbero, anche in commercio, linee prodotte da ditte notoriamente serie e che si contendono il primato commerciale. Il ferro libero è, come ormai dovrebbe essere chiaro, perfettamente inutile al fine di fertilizzare la colonna d’acqua per la sua durata pressoché nulla in soluzione. Le forme di ferro non chelato ma "complessato" con molecole organiche più semplici sono più rapidamente assorbite dalle piante, ma allo stesso tempo più facilmente vengono degradate formando composti insolubili e quindi precipitando al fondo. Il ferro chelato ha sicuramente una maggiore stabilità in acqua ma proprio per questo motivo il suo utilizzo va a beneficio sia delle piante che delle alghe. Il suo assorbimento inoltre è un processo che consuma energia e quindi deve trovare la pianta in grado di spenderla per il suo assorbimento. Una ulteriore nota di riflessione: tutte le informazioni sono frutto di estrapolazione di dati che in realtà non appartengono all’ecosistema acquario, ma ad altri ambiti di ricerca scientifica.

 

Quello che ci somiglia maggiormente è ovviamente la coltura in idroponia, condizione simile ma non identica all’acquario. La conclusione generale quanto ascientifica è che solo la sensibilità del plantacquariofilo potrà stabilire quale delle due strategie di fertilizzazione della colonna d’acqua è la più efficace [leggasi meno dannosa] per il suo ecosistema. La comprensione quindi delle interazioni che legano le reazioni chimiche al mondo vivo dell’acquario non può sostituire l’osservazione critica ma dovrebbe dare le basi per una corretta interpretazione degli avvenimenti.

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