Dos versiones del carbono permiten espiar la fotosíntesis, revelar las estrategias de las plantas y reconstruir atmósferas desaparecidas
Martín Oesterheld – 22 de agosto, 2026
Una planta fabrica buena parte de su cuerpo con un gas invisible que toma del aire. El dióxido de carbono entra por diminutos poros de las hojas, su carbono se incorpora a azúcares gracias a la acción previa de una famosa enzima llamada Rubisco, y, a partir de los azúcares, se construyen tallos, raíces, flores y frutos. Parte de ese carbono vuelve luego a la atmósfera con la respiración. Otra parte puede quedar retenida durante meses en una hoja, durante siglos en el tronco de un árbol o durante millones de años en un resto fósil.
Es un tráfico formidable y casi invisible. Pero por suerte, el carbono estable viene en dos versiones. Y ese pequeño detalle nos ha permitido ver lo invisible. Ver cómo negocian las plantas con la atmósfera, cómo la evolución tomó diversos caminos para la fotosíntesis, cómo escriben las plantas su historia con el carbono.
Un hermano algo más pesado
Todos los átomos de carbono tienen seis protones en el núcleo. La inmensa mayoría tiene además seis neutrones: es el carbono 12 o ¹²C. Pero algo más de uno de cada cien lleva un neutrón adicional. Es el carbono 13 o ¹³C. Ambos son estables y forman parte del dióxido de carbono de la atmósfera.
A primera vista, ese neutrón de más no parece gran cosa. El ¹²CO₂ y el ¹³CO₂ participan de las mismas reacciones químicas y una planta puede fabricar sus tejidos con cualquiera de ellos. Sin embargo, la pequeña diferencia de peso alcanza para que el ¹²CO₂ se difunda un poco más rápido en la hoja y reaccione más fácilmente con la enzima Rubisco, que incorpora su carbono a una molécula orgánica.
Ya te estarás imaginando una consecuencia de esto. En el aire hay una proporción de ¹²C y ¹³C, pero la mayor difusión y el favoritismo de la Rubisco por el ¹²C hacen que los tejidos vegetales estén más “enriquecidos” en ¹²C que el aire del cual provino su carbono. La diferencia es minúscula, pero puede medirse. Y allí comienza lo interesante.
El trueque entre las plantas y el aire
Para que entre el carbono del aire, una hoja debe abrir los estomas. Pero por los estomas abiertos también pierde vapor de agua. Cuando el agua abunda los estomas pueden permanecer abiertos y el CO₂ llega con relativa facilidad al interior de la hoja. Ante tal abundancia, la Rubisco puede ejercer plenamente su favoritismo por el ¹²C y darse el lujo de dejar sin utilizar una proporción considerable del ¹³C.
En cambio, cuando falta agua, los estomas están más cerrados y por ellos se pierde menos vapor, pero, inevitablemente, entra menos CO₂. La Rubisco ya no tiene tanto para elegir y termina incorporando una proporción algo mayor de ¹³C. La versión fotosintética de “cuando hay hambre no hay pan duro”. El tejido así formado en condiciones de sequía queda relativamente más enriquecido en ¹³C que en condiciones de agua abundante
Tenemos así tres situaciones interesantes para mirar las proporciones entre ¹³C y ¹²C: la proporción del aire, la de un tejido formado en condiciones de agua abundante, muy enriquecida en ¹²C, y la de un tejido formado bajo sequía, más enriquecida en ¹²C que el aire, pero no tanto como la anterior. La proporción entre el hermano pesado y el liviano conserva información sobre una de las negociaciones fundamentales de la vida terrestre: adquirir el carbono necesario para crecer sin perder demasiada agua. No es una fotografía instantánea ni tampoco una película. Una hoja, un grano o un anillo de crecimiento integran lo sucedido durante el tiempo en que se formaron.
Esta señal se ha usado para comparar la eficiencia con que distintas plantas aprovechan el agua, reconstruir períodos de sequía en los anillos de los árboles y seleccionar cultivos capaces de producir más por cada unidad de agua que pierden. El procedimiento parece casi mágico: quemar un fragmento de tejido, medir la relación ¹³C : ¹²C del dióxido de carbono resultante y obtener indicios sobre el balance que mantuvo la hoja entre la entrada de CO₂ y la pérdida de agua mientras se formaba ese tejido.
Pero no es magia, y tampoco es una lectura sin ambigüedades. La proporción de los dos hermanos también depende del CO₂ disponible, de la luz, de la especie, de la parte de la planta analizada y de otros procesos que no detallo para no perder el hilo. La proporción no entrega una confesión; ofrece una pista que debe interpretarse con modelos, experimentos y conocimiento del contexto.
Esta es, al menos, la historia de la mayoría de las plantas. Ahora conoceremos algunas que encontraron otras maneras de hacer el trato.
Otras maneras de hacer el trato
Cuando te conté sobre el trueque entre plantas y atmósfera me enfoqué en la mayoría de las especies, como el trigo, el arroz, la soja y casi todos los árboles, que hacen fotosíntesis por la vía que hoy llamamos C₃. En ellas, la Rubisco recibe el CO₂ sin que haya un mecanismo previo importante de concentración y, por lo tanto, deja con claridad su preferencia por el ¹²C.
En cambio, el maíz, la caña de azúcar y muchos pastos de regiones cálidas hacen algo diferente. Antes de que el CO₂ llegue a la enzima Rubisco, lo capturan mediante otra enzima y luego lo liberan y concentran cerca de ella. Esta fotosíntesis que llamamos C₄ reduce las discriminación entre hermanos por parte de la Rubisco y produce por lo tanto tejidos más ricos en ¹³C.
Muchas plantas suculentas del desierto recurren a una tercera estrategia. Capturan la mayor parte del CO₂ durante la noche, cuando el aire más fresco reduce la pérdida de agua, almacenan temporalmente su carbono y lo asimilan mediante Rubisco durante el día. Muchas especies, sin embargo, también incorporan una fracción del CO₂ directamente durante las horas de luz. Es la fotosíntesis CAM. La proporción de los dos hermanos es muy variable porque depende, entre otras cosas, de cuánto carbono incorpora la planta por cada una de esas vías.
El ¹³C permitió así distinguir con claridad que detrás de la misma ecuación escolar (dióxido de carbono y agua que se convierten en materia orgánica) se esconden soluciones evolutivas muy diferentes. Cada una resuelve a su manera el mismo problema: cómo conseguir carbono en un mundo donde abrirse al aire también significa perder agua.
Una memoria que sobrevive a la planta
La señal del ¹³C puede permanecer mucho después de que la hoja deja de hacer fotosíntesis. Queda en la madera, en el polen, en las ceras que recubrieron antiguas hojas, en el carbón y en la materia orgánica atrapada dentro de los sedimentos. Esos restos no conservan una crónica completa de la planta, pero sí fragmentos de la relación que mantuvo con la atmósfera mientras estaba viva.
De allí surge una de las aplicaciones más ambiciosas: usar el carbono de las plantas fósiles para reconstruir atmósferas desaparecidas. No es una ventana transparente al pasado. Es más bien un mensaje deteriorado cuyo código estamos aprendiendo a descifrar. La promesa, sin embargo, es extraordinaria.
Cierre (estomático)
Una diferencia de apenas un neutrón basta para que las plantas dejen rastros de cómo obtuvieron su carbono, cuánta agua pudieron conservar y qué estrategia usaron para hacer fotosíntesis. Aprender a leer esa firma nos permite mirar dentro de una hoja viva y, al mismo tiempo, asomarnos a atmósferas desaparecidas. Las plantas construyen su cuerpo con carbono del aire y, sin saberlo, escriben en él una versión abreviada de su historia.
Notas
Detrás de esta historia hay un siglo de ciencia. En 1929, unos físicos detectaron el ¹³C en unas débiles bandas del espectro de la luz; una década después ya era posible medir su proporción en el CO₂ y, quemando tejidos, comparar unas plantas con otras. Luego, el carbono radiactivo permitió seguir el recorrido dentro de la hoja y reconstruir el ciclo de asimilación del carbono en la fotosíntesis. En la década de 1980, nuevos modelos reunieron a la difusión, la Rubisco y los estomas y convirtieron aquella curiosidad química en una herramienta para estudiar el funcionamiento de las plantas. Cien años de física, química, fisiología vegetal y geología detrás de la lectura de una misma señal.
Recuerdo mi asombro cuando en la clase de Fisiología Vegetal en 1978 el profesor Rodolfo Sánchez nos presentó este tema y dijo que cuando él había tomado esa materia como estudiante no se conocía el mecanismo C4. No hay historia de la ciencia más contundente que la del relato en primera persona sobre el antes y el después de un gran descubrimiento.
Este artículo está basado principalmente en A. Hope Jahren y Brian A. Schubert, “A century of research on carbon isotope discrimination during photosynthesis: from early breakthroughs to future goals”, New Phytologist (2026). Entre los trabajos históricos y conceptuales que sustentan el relato se encuentran las primeras mediciones amplias en plantas de Frans Wickman, el estudio clásico de Harmon Craig y el modelo de discriminación isotópica de Farquhar, O’Leary y Berry.