La difficile natura del blu

La medesima difficoltà accompagna la nostra storia culturale fin dall’antichità. Il recente ritorno dell’Odissea nell’immaginario collettivo ha riportato l’attenzione su un vecchio interrogativo: perché nei testi omerici, pur dominati dal cielo e dal mare, la parola ‘blu’ non compare mai come categoria cromatica autonoma? Già nel 1858, lo studioso di testi classici W. Gladstone si era interrogato sul particolare uso dei termini che indicano i colori in Omero. Eppure sappiamo che gli esseri umani vissuti nell’antichità possedevano la stessa capacità fisiologica di vedere i colori che possediamo noi; quello che cambiava era il modo di classificarli e definirli. Secondo il celebre modello dell’antropologo Berlin e del linguista Kay, infatti, in tutte le lingue i termini fondamentali per i colori tendono a comparire secondo una sequenza costante: chiaro e scuro, poi rosso, quindi verde e giallo. Una parola dedicata nello specifico al blu arriva, invece, relativamente tardi. Ecco forse perché nell’Odissea troviamo più volte il famoso “mare color del vino”, ma mai il nostro familiare “mare blu”. La cosa sorprendente è che, in un certo senso, anche l’evoluzione sembra aver seguito la stessa successione nello sviluppo e nell’uso dei cromatismi.

Come percepiamo i colori

Partiamo da come funziona la percezione del colore. Una mela rossa, per esempio, non emette luce rossa: i pigmenti presenti nella buccia assorbono alcune componenti della luce che la colpisce e ne riflettono altre verso i nostri occhi. Queste diverse componenti della luce sono caratterizzate da diverse lunghezze d’onda: nel campo del visibile, le lunghezze d’onda più corte corrispondono al violetto e al blu, mentre quelle più lunghe al rosso e all’arancione. È questa selezione di diverse componenti della luce a far nascere la percezione del colore. Dietro ogni pigmento esiste quindi un rapporto preciso fra la struttura delle sue molecole e l’energia della luce assorbita o riflessa. È proprio qui che comincia il problema del blu.

Le unità fondamentali che costituiscono la luce (i fotoni) nella regione del blu o del violetto, caratterizzata da lunghezze d’onda più corte, sono molto più energetiche di quelle nella regione del rosso e dell’arancione, caratterizzata da lunghezze d’onda più lunghe. Moltissime molecole naturali assorbono proprio le radiazioni visibili altamente energetiche, ma se una sostanza assorbe il blu, ai nostri occhi arrivano prevalentemente i colori complementari: gialli, arancioni, rossi.

Per apparire blu, invece, una molecola deve assorbire le radiazioni poco energetiche. Questo richiede particolari cromofori (gruppi di atomi capaci di conferire colorazione a una sostanza) oppure elaborate interazioni fra molecole, che talvolta coinvolgono ioni metallici. È una soluzione che, a livello chimico, si realizza con molta più difficoltà.

Le piante, però, sono riuscite a realizzarla e in alcuni casi con una raffinatezza spettacolare. Escludendo la clorofilla, tra i vegetali i colori vivaci compaiono anticamente e si affermano con le piante da fiore (angiosperme) grazie all’evoluzione di tre famiglie di molecole: carotenoidi, betalaine e antocianine; tuttavia solo pochissime tra le ultime risultano blu.

Le soluzioni delle piante…

Prendiamo una comune campanella (Ipomoea tricolor), i suoi boccioli sono rosso-violacei, ma quando il fiore si apre, vira al blu intenso. Durante la fioritura, la pianta modifica l’acidità all’interno dei vacuoli delle cellule dei petali, stabilizzando la forma blu di particolari antocianine. Il colore cambia perché viene modificato finemente l’ambiente cellulare.

L’ortensia (Hydrangea macrophylla) riesce a fare qualcosa di ancora più sorprendente: gli stessi pigmenti possono generare fiori rossi, violacei o blu. In particolare, nei suoli acidi, l’alluminio diventa più disponibile e - se assorbito dalla pianta - si associa alle antocianine formando complesse strutture molecolari color cobalto. Il blu del fiore racconta quindi la chimica del terreno nel quale la pianta affonda le radici.

Nell’erba miseria asiatica (Commelina communis) l’architettura chimica si fa ancora più elaborata: il blu deriva dalla “commelinina”, ottenuta assemblando addirittura sei molecole di antocianina con sei flavoni (pigmenti vegetali) e ioni magnesio.

Nel mondo vegetale, quindi, molte piante non possiedono un pigmento specifico, ma costruiscono il blu modificando l’ambiente chimico o combinando diverse molecole come pezzi di un puzzle molecolare.

… e quelle degli animali

Negli animali, invece, l’evoluzione ha imboccato una strada diversa perché, se fare il blu con la chimica è difficile, si può però costringere la luce a comportarsi come se quel pigmento esistesse. Come? Con stratagemmi fisici.

È il caso delle minuscole strutture ordinate presenti in squame, piume o nella pelle, e che riflettono alcune lunghezze d’onda in modo selettivo. Si tratta di minuscoli dispositivi ottici: non “colorano” attraverso l’azione di un pigmento, ma attraverso interferenza, diffusione e riflessione selettiva della luce.

I pesci offrono uno degli esempi più belli: nella loro pelle esistono cellule chiamate iridofori, ricche di sottili piastrine riflettenti. Il brillante blu cobalto del pesce damigella Chrysiptera cyanea e l’azzurro del pesce chirurgo Paracanthurus hepatus (Dory, l’amica di Nemo nel film Pixar, per intenderci) non richiedono alcun pigmento, ma sono il risultato dell’interazione della luce con queste strutture riflettenti. È un vero scandalo della biochimica di milioni di anni di evoluzione: tra le migliaia di vertebrati, i pigmenti blu sono assenti. L’unica eccezione nota è rappresentata dai pesci mandarino (Synchiropus splendidus e picturatus). Nella loro pelle esistono cellule (cianofori), che contengono un vero pigmento blu. Mentre gli altri vertebrati devono costruire abilmente minuscoli filtri e reticoli ottici per apparirci azzurri, questi piccoli pesci hanno veramente il blu dentro le loro cellule.

Ci sono poi vertebrati che riescono ad apparire blu combinando più trucchi, organizzando strati di cellule particolari. Nelle rane, per esempio, il blu serve a produrre il verde. Nella loro pelle gli iridofori riflettono una componente azzurra, mentre gli xantofori contenenti pigmenti gialli la filtrano e i melanofori sottostanti assorbono altre lunghezze d’onda. Il risultato finale è il verde. Togliendo o modificando uno dei livelli, può emergere il blu che normalmente rimane nascosto.

Negli uccelli l’illusione ottica raggiunge forse il massimo della perfezione. Molte piume blu non contengono alcun pigmento, ma la cheratina forma strutture che selezionano la luce; inoltre, la melanina sottostante assorbe le radiazioni indesiderate e rende il colore riflesso più puro e saturo. Nella ghiandaia di Steller (Cyanocitta stelleri), per esempio, la melanina contribuisce a rendere il blu scintillante. È un colore che nasce quindi dalla cooperazione fra struttura fisica e pigmenti complementari, senza usare mai un pigmento blu vero e proprio.

La natura, insomma, è arrivata al blu percorrendo strade molto diverse: chimica raffinata nei vegetali e fisica ottica negli animali. Un’antocianina può diventare blu modificando il pH, un’altra può legarsi a uno ione metallico o assemblarsi ad altre molecole. Una squama può utilizzare piastrine riflettenti, una piuma può organizzare la cheratina su scala nanometrica, mentre la melanina può eliminare la luce indesiderata e rendere il blu elettrico e brillante.

Una sfida anche per noi umani

È difficile non riconoscere in questo comportamento qualcosa di umano: anche noi abbiamo passato millenni a cercare il blu nella natura. Quando non eravamo capaci di sintetizzarlo, abbiamo estratto e trasportato materiali preziosi come lapislazzuli, azzurrite e malachite. Alcune civiltà, invece, riuscirono nella difficile impresa di fabbricare il blu. Gli Egizi produssero il celebre blu egizio, un silicato contenente rame e calcio. In Cina comparve il blu Han, basato su una chimica simile al blu egizio, ma con il bario. I Maya scoprirono invece che facendo interagire l’indaco con una particolare argilla si poteva ottenere un pigmento blu stabile e resistente. Nel XVIII secolo i chimici svilupparono quasi accidentalmente il blu di Prussia, destinato a diventare uno dei pigmenti sintetici più importanti, mentre cobalto e altri metalli ampliarono enormemente le possibilità di produrre vetri, ceramiche e smalti blu.

Si potrebbe pensare che la nostra corsa al blu sia ormai terminata, ma non è assolutamente così.

La difficile natura del blu è riemersa nell’elettronica moderna. Il primo LED rosso venne sviluppato quasi quarant’anni prima del LED blu. Anche ottenere laser efficienti nella regione blu dello spettro rappresentò una sfida complessa. Ancora una volta il blu si dimostrava tecnicamente più ostinato degli altri colori. Difficoltà analoga ricompare in tutt’altro ambito: nel cibo. I coloranti blu utilizzabili in campo alimentare sono pochi e garantire intensità, stabilità, economicità e atossicità è tutt’altro che semplice. Accanto ai coloranti sintetici tradizionali - come Brilliant Blue (E133) e Indigotina (E132) - sono state esplorate alternative naturali, fra cui la ficocianina, ottenuta dalla spirulina (Arthrospira), e particolari antocianine derivate dal comune cavolo rosso.

Dalla campanella al pesce mandarino, dall’ortensia ai LED, sembra ripetersi sempre la stessa morale: il blu è facile da vedere, ma molto difficile da allestire.

L’evoluzione ha affrontato il problema in modi differenti: le piante hanno investito nella chimica imparando a modificare pigmenti, acidità, ioni metallici, mentre gli animali hanno scelto la fisica, imparando a manipolare la luce attraverso minuscole strutture ottiche. Qualche altra specie, come l’uccello giardiniere satinato e i primi umani, hanno trovato una soluzione ancora diversa: se il blu è difficile da produrre, lo si può sempre cercare e collezionare.

Forse sono proprio tutti questi aspetti a rendere il blu così affascinante: dietro a questo colore si nasconde una delle sfide chimiche e fisiche più ingegnose affrontate dalla natura e anche una dalle massime capacità scientifiche umane.