La fotosíntesis es un proceso biológico en el que las plantas y los microbios utilizan dióxido de carbono, agua y luz solar para crear oxígeno y energía.
BBC Wildlife Magazine
https://www.discoverwildlife.com/plant-facts/facts-about-photosynthesis/
La fotosíntesis es uno de los procesos más importantes de la naturaleza. Impulsado por la luz solar, utiliza dióxido de carbono (CO2) para producir carbohidratos, el alimento que finalmente alimenta la mayor parte de la vida en la Tierra.
El proceso también libera un subproducto, oxígeno (O2), que se ha vuelto vital para quemar carbohidratos y generar energía a través de la respiración aeróbica.
La fotosíntesis permite que un organismo aproveche la energía solar para sintetizar su propio alimento (moléculas de carbohidratos) a partir del dióxido de carbono de la atmósfera.
Además de plantas y microbios como las cianobacterias, los organismos fotosintéticos también incluyen algas, un grupo diverso que incluye desde especies unicelulares como Chlorella hasta algas marinas multicelulares que forman bosques de algas marinas.
En las células vegetales, la fotosíntesis ocurre dentro de los cloroplastos, descendientes de las cianobacterias que se integraron en las plantas hace más de 2 mil millones de años a través de la endosimbiosis.
Si bien puede pensarse que la fotosíntesis sólo ocurre durante el día, el proceso en realidad tiene dos etapas: reacciones de luz que capturan la energía solar (foto) y reacciones oscuras que pueden ocurrir de día o de noche para hacer comida (síntesis).
Las reacciones oscuras tienen lugar en el fluido interno de un microbio o cloroplasto, mientras que las reacciones luminosas ocurren en membranas llamadas tilacoides que se pliegan para maximizar el área de superficie expuesta a la luz solar. Las hojas suelen ser estructuras grandes y planas que captan la luz, pero otras partes verdes de una planta (como los tallos) también realizan la fotosíntesis.
Los poros de las hojas son una espada de doble filo: las aberturas permiten que una planta absorba el dióxido de carbono (CO2) que necesita para producir alimentos, pero también dejan escapar el agua preciosa. Mientras que las primeras plantas tenían que hacer frente a la pérdida de agua de forma pasiva a través de poros que eran solo agujeros, las especies modernas tienen estructuras llamadas estomas que ajustan activamente el tamaño de una abertura en respuesta a señales fisiológicas o ambientales. Por lo tanto, los estomas ayudan a una planta a minimizar la pérdida de agua, en equilibrio con la obtención de carbono para la fotosíntesis.
El intercambio de gases que ocurre a través de los estomas para las plantas terrestres es diferente para las plantas acuáticas. Si una planta acuática estuviera cubierta de pequeños agujeros, se ahogaría. Entonces, en los jacintos de agua y otras plantas con flores con hojas flotantes, solo la parte superior de una hoja tiene estomas, y esos poros están permanentemente abiertos porque las plantas acuáticas realmente no necesitan preocuparse por perder humedad. Parece funcionar bien, ya que las plantas flotantes han surgido al menos 13 veces de forma independiente a lo largo de la evolución.
Algunas plantas con flores incluso están adaptadas a un estilo de vida sumergido: los pastos marinos carecen completamente de estomas y realizan la fotosíntesis, pero deben depender de las bacterias en los sedimentos oceánicos poco profundos para proporcionar una fuente de carbono en ausencia de CO2.
¿Cómo captan la luz los organismos?
Las células de los organismos fotosintéticos convierten la luz en energía química a través de fotosistemas, una combinación de pigmentos, enzimas y otras moléculas. El componente central de un fotosistema es el pigmento verde clorofila.
Después de ser golpeados por fotones (partículas que forman la luz), los electrones en la clorofila absorben suficiente energía para liberarse, lo que inicia una reacción en cadena en la que los electrones energizados pasan entre intermediarios para generar las moléculas ATP y NADPH, cuyos enlaces químicos transportan la energía, que luego se libera para hacer alimentos.
La clorofila no es el único pigmento, pero es el mejor para absorber la luz solar cerca del extremo azul del espectro visible, donde los fotones tienen mayor energía. Muchos organismos, especialmente las especies acuáticas, también tienen pigmentos accesorios como la ficobilina que son más eficientes para aprovechar las energías de los fotones hacia el extremo rojo del espectro, lo que permite que esas longitudes de onda sean absorbidas si el agua ha filtrado la luz azul. El color distintivo de las algas rojas se explica por la presencia de grandes cantidades de ficobilina.
Entonces, ¿cómo se hacen los alimentos a partir del dióxido de carbono?
Las células fotosintéticas producen carbohidratos reciclándolos y reponiendo el suministro de carbono al agregar dióxido de carbono (y generalmente agua) regularmente. Eso implica una serie circular de reacciones popularmente llamada ciclo de Calvin, que es impulsada por las moléculas transportadoras de energía ATP y NADPH.
El primer paso en ese ciclo involucra la fijación de carbono: agregar o ‘fijar’ dióxido de carbono (un gas volátil) a un compuesto estable, una reacción catalizada por la enzima RuBisCO. Debido a que constituye aproximadamente el 3 por ciento de la masa total de las hojas, y la mayor parte de la biomasa de la Tierra es materia vegetal, podría decirse que RuBisCO es la proteína más abundante en el planeta. Y debido a que la actividad de la enzima termina produciendo más del 90 por ciento del carbono orgánico, RuBisCO es una de las proteínas más importantes de la naturaleza.
¿Algún animal hace la fotosíntesis?
Los diminutos pólipos de los corales forman una relación simbiótica con las algas, proporcionando un hogar y los nutrientes necesarios para la fotosíntesis y beneficiándose del alimento generado por las algas.
Algunas babosas de mar son capaces de retener los cloroplastos después de comer algas, y estos son engullidos por sus propias células. También asimilan algunos de los genes de las algas, lo que les permite producir clorofila. Las babosas se han registrado utilizando las estructuras robadas para sostenerse por hasta diez meses, lo que les valió el apodo de “babosas de mar con energía solar”.
Hasta ahora, solo se sabe que un vertebrado tiene una asociación comparable con las algas: la salamandra manchada, un anfibio muy llamativo que se encuentra en el este de los Estados Unidos y Canadá. Poco después de ser puestos, los huevos de la salamandra son colonizados por algas que habitan en el agua, lo que hace que las esferas gelatinosas se vuelvan verdes. Las algas parecen prosperar con los desechos, como el amoníaco producido por los embriones de salamandra en desarrollo y, a su vez, proporcionan oxígeno y carbono. Esto permite que los embriones se desarrollen más rápido, aumentando sus tasas de supervivencia. Las algas desaparecen más o menos cuando las larvas eclosionan, por lo que la asociación parece temporal.