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¿Por qué son verdes las plantas?

Área: Biología,Tecnología — Jueves, 8 de diciembre de 2016

Proponen una nueva hipótesis que trata de explicar el color de verde de las plantas.

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Nathan Gabor (University of California en Riverside) estaba escuchando sentado en un seminario cuando se planteó por qué las plantas son verdes. Si los físicos son precisamente famosos por poder explicar el color del azul del cielo quizás puedan explicar también este otro caso.

Obviamente, decir que las plantas son verdes porque lo es la clorofila sólo traslada el problema.

Hace algún tiempo vimos en NeoFronteras una explicación sobre el color verde las plantas terrestres.

Según lo que ahí se explicaba, nuestro sol, que es una estrella de tipo G2, no emite todos los colores por igual y los gases de nuestra atmósfera no absorben todos los colores por igual. Como resultado, llega más luz roja al suelo que verde o azul y por eso las plantas utilizan la parte roja del espectro donde hay fotones abundantes. Como llega mucha luz, las plantas no necesitan aprovechar todo el espectro y no usan la poco energética gama infrarroja, ni la parte verde, pues hay pocos fotones verdes y éstos no son tan energéticos como los azules que sí les pueden ser útiles. Según esto, como resultado las plantas absorben la parte roja y azul, pero reflejan la infrarroja y verde.

Era una más entre las varias explicaciones sobre el color de las plantas que nos rodean. Pero ninguna de ellas convencía a Gabor. Según él, las pruebas evolutivas carecían del rigor necesario. Quizás la razón por la que las plantas son verdes se podría usar para la fabricación de células fotovoltaicas. Él y su equipo se pusieron a trabajar en el problema y terminaron diseñando células solares que son eficientes a la hora de regular la potencia de entrada y salida.

La producción de energía solar fotovoltaica tiene el problema de que las grandes fluctuaciones de la intensidad de luz recibida y, por tanto, de corriente de salida. No sólo hay cambios respecto a la estación del año y del día a la noche, además, las nubes puedes pasar por encima y producir sombra de vez en cuando. Como resultado la potencia de salida puede variar e incluso fluctuar en poco tiempo. Además, tampoco interesa que la célula se sobrecaliente un día de intenso sol.

Pero las plantas no parece que tengan un problema similar, pues parecen poder regular los niveles de luz y disipar la energía sobrante en forma de calor de una manera eficaz. Según este grupo de investigadores, esto se debe precisamente a su color verde.

Cuando el semiconductor absorbe la energía de la luz de ciertas longitudes de ondas consigue desplazar cargas eléctricas, que es a lo que llamamos corriente eléctrica. Los fotones que con diferentes longitudes de onda no producen energía y, a lo más, recalientan el sistema. Para mejorar la eficiencia se apilan capas de distintos semiconductores diseñados para absorber distintas gamas de longitudes de onda. Aunque estas células son muy caras.

Se podría pensar que el mejor color para una planta o una célula fotovoltaica sería el negro, pues cualquier color reflejado sería un desperdicio, sobre todo cuando consideramos que el Sol emite bastantes fotones verdes. Pero la realidad es que las plantas son verdes y no negras.

Según los cálculos de estos investigadores, la mejor manera de mantener la estabilidad de una célula fotovoltaica es que absorba dos gamas de colores y que ninguna sea el verde. A lo largo del día, cuando la cantidad de luz varía según su color (longitud de onda) la célula puede usar un canal sobre otro a conveniencia tomando más energía de uno que del otro, lo que produce una salida estable.

Según ellos, el color verde, al ser abundante, no es deseable para estas células porque la señal fluctuaría mucho más, simplemente porque cuanta más energía se captura de una gama de color (de longitudes de onda) la señal fluctuará más, dificultando así la absorción de la energía de una manera eficaz. Lo mismo sería aplicable a las plantas. Según Gabor, el canal verde es más ruidoso porque hay mucho en el espectro solar y las plantas no quieren realmente esa luz ruidosa porque es difícil de sintonizar para crear un flujo energía constante que no fluctúe mucho.

Sin embargo, hay escépticos sobre esta nueva hipótesis. Así, por ejemplo, Richard Cogdell (University of Glasgow) sostiene que la biología no tiene la libertad de elegir los pigmentos, como la clorofila, que pueda usar en la fotosíntesis.

Sería interesante saber el color de las plantas en planetas similares a la Tierra que orbiten en torno a estrella de tipo G. Quizás en esos otros mundos se hayan alcanzado por evolución otros colores para los pigmentos fotosintéticos.

La clorofila es el producto de una historia evolutiva, pero la realidad es que no sabemos las limitaciones evolutivas a las que está sujeta. Quizás una gran mutación podría conseguir una clorofila mucho más eficiente, pero quizás le separa de ello un ‘mar’ de mutaciones negativas.

Por otro lado, la fluctuación en la producción de energía solar no es tan importante si al final la electricidad producida se almacena en una batería. Tirar toda la parte verde del espectro solar en una célula fotovoltaica verde quizás sea una estrategia que no nos podamos permitir.

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Fuentes y referencias:
Artículo original
Foto: NeoFronteras.

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5 Comentarios

  1. lluís:

    El trabajo que hacen los fotones depende de su frecuencia de vibración, y el trabajo no es sino la energía, por lo tanto si el sistema se recalienta ya hay un cierta cantidad de trabajo, otra cosa será que ese trabajo sea un trabajo inútil o ineficiente, lo que quiero decir es que al menos en este caso, sea un tanto impropio hablar de fotones que no producen energía.

    Claro que según la frecuencia de vibración del fotón, este no consige arrancar un electrón de un material (efecto fotoeléctrico), pero aún en este caso estaría haciendo un trabajo pero ineficiente, como en el recalentón del sistema.

    En cualquier caso esta es una pequeña disquisición sin demasiada o ninguna importancia, lo interesante es el planteamiento de este estudio y el tema de la historia evolutiva de la clorofila en relación a como podrían ser las plantas en sistemas solares similares al de la Tierra.

  2. Dr. Thriller:

    A mí me convence. Ahora, hay que probarlo.

  3. Tomás:

    Supongo que esa prueba sería proporcionando diferentes colores mediante filtros y ver qué sucede con la fotosíntesis.

  4. Dr. Thriller:

    Bueno, es que la salida del Dr. Cogdell me ha hecho gracia. En plan dirgeniero (directivo ingeniro), efectivamente Japón no podía construir los dispositivos mecánicos que quería dada su carencia de acceder a los recursos necesarios, pero es que EEUU (o la URSS) construían lo que les daba, literalmente, la gana (de hecho, EEUU, tres pepinos nucleares). Me pregunto por qué el Dr. Cogdell le adjudica un papel nipónico al mayor espectáculo sobre este planeta, como dice nuestro inefable Dawkins.

    De hecho la idea de Gabor es elegante en el sentido de que responde al problema con una eficiencia muy “evolutiva”, una optimización imposible de superar. ¿Cómo se prueba esto? Pues diseñando células solares que efectivamente responden a estos parámetros. También ya sabemos que las hojas dispuestas de forma aparentemente caótica en ramajes y frondas son otra forma eficiente de captar luz solar hasta la última gota, digo fotón.

    Al final tanta historia para acabar imitando a la naturaleza xD. ¿Somos memos o somos memos?

  5. Tomás:

    Pues eso, somos lo uno y/o lo otro. Es que la natura lleva mucho más tiempo que nosotros de prueba, ensayo y evolución destruyendo lo ineficiente. Ha de ser difícil mejorar a la naturaleza con su mismo método, aunque más paciente el suyo, pero esencialmente el mismo.

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