NeoFronteras

Ciertas cianobacterias consiguen realizar fotosíntesis a partir de una parte del infrarrojo cercano del espectro electromagnético. Además, el fenómeno parece estar bastante generalizado.

Sección de una roca de Heron Island (Australia) en la que se muestra una banda de cianobacterias que usan clorofila-f creciendo a varios milímetros por debajo de la superficie. Fuente: Dennis Nuernberg.

La vida en la Tierra depende de la fotosíntesis. Esa energía que usted, amigo lector, ha gastado montando en bicicleta o haciendo algún otro deporte depende en última instancia de la energía generada en el Sol y de la fotosíntesis que la ha transformado a una forma química que la vida pueda usar.

En general, la fotosíntesis usa la luz del Sol, el dióxido de carbono y el agua para producir hidratos de carbono. Como subproducto se produce oxígeno y por esta razón tenemos una atmósfera respirable. También hay versiones de este proceso más primitivas, como el usado por la bacterias púrpuras, que usan el sulfuro de hidrógeno en lugar de agua como fuente de hidrógeno y cuyo subproducto es el azufre.

La fotosíntesis ha evolucionado en la Tierra bajo unas condiciones dadas y, como depende del Sol, usa una gama concreta del espectro electromagnético, la gama visible. No es de extrañar, pues una estrella de tipo G2 como el Sol tiene el pico de emisión en lo que llamamos visible. También es la razón por la que los animales vemos esa parte del espectro.

Aunque la fotosíntesis no usa toda la gama visible y por esta razón las plantas son verdes: absorben la parte roja y azul, pero reflejan la parte verde. Hay varias teorías que explican esto y por NeoFronteras ya vimos alguna. Esta fotosíntesis usa clorofila-a, que es precisamente la que da el color verde a las plantas. Cualquier fotosíntesis imaginable dependerá de un pigmento que absorba determinadas longitudes de onda, como la misma clorofila, que no es más que un pigmento sofisticado.

La clorofila-a está presente en todas la plantas, algas y cianobacterias conocida hasta ahora. Se consideraba que la energía de los fotones de la parte roja del espectro suponía el mínimo de energía posible necesario para la fotosíntesis. Este límite rojo se ha usado como criterio para juzgar la posibilidades de vida en otros planetas.

Como la fotosíntesis es la base de casi todo ecosistema conocido, al descubrirse miles de exoplanetas orbitanto otras estrellas, se empezó a pensar cómo serían las fotosíntesis en esos planetas, máxime cuando la mayoría de ellos orbitan estrellas que son distintas al Sol y cuyo pico de emisión no está en lo que nosotros llamamos «espectro visible».

La emisión electromagnética de una estrella depende de su temperatura y sigue el perfil de un cuerpo negro. Las clases espectrales de las estrellas, de más caliente a la más fría, es la siguiente: O, B, A, F, G, K, M. En todo esto ignoraremos las enanas marrones.

La mayoría de estos planteas orbitan estrella enanas rojas o de tipo M. Estas estrellas emiten la mayor parte de su energía electromagnética en el infrarrojo y en el rojo. Por esta razón, se ha especulado que una posible fotosíntesis que se dé en este tipo de planetas, si es que poseen vida, aproveche esa parte roja e infrarroja del espectro.

La propuesta parece razonable. De hecho es tan sensata que, en realidad, no hace falta especular al respecto. En la Tierra ya hay una fotosíntesis basada en otro tipo de clorofila que aprovecha el rojo e infrarrojo: la clorofila-f.

Un grupo internacional de científicos ha publicado recientemente su investigación al respecto de esta nueva fotosíntesis. El nuevo tipo de fotosíntesis descubierto cambia nuestra comprensión de los requerimientos de energía en la fotosíntesis y proporciona pistas acerca del uso de la energía y los mecanismos que protegen al sistema frente al daño producido por la luz.

Esta nueva fotosíntesis fue descubierta en cianobacterias que viven bajo el influjo de la luz infrarroja, como en la condiciones sombreadas de los tapetes microbianos de Yellowstone o en las rocas de la costa australiana. Así que para poder investigar el caso, los científicos implicados cultivaron estas cianobacterias bajo luz LED infrarroja (infrarrojo cercano).

Cuando estas bacterias crece bajo la luz infrarroja se apagan los sistemas basados en clorofila-a y son relevados por los sistemas de la clorofila-f.

Hasta ahora se creía que la clorofila-f sólo captaba la luz infrarroja y ya está. El nuevo estudio revela que, en lugar de ello, esta clorofila juega un papel clave en la fotosínetsis bajo condiciones sombreadas y que forma parte de una sistema bioquímico complejo capaz de captar energía del infrarrojo cercano. Es una fotosíntesis más allá del «límite rojo».

«La nueva forma de fotosíntesis no obliga a repensar lo que creíamos posible. Además, cambia cómo entendemos los eventos clave en el corazón de la fotosíntesis estándar. Este es un material que cambiará los libros de texto», dice Bill Rutherford (Imperial College London).

Imagen de colonia de Chroococcidiopsis en la que los colores reflejan el tipo de fotosíntesis que realizan, en magenta la basada en clorofila-a y la amarilla en clorofila-f. Fuente: Dennis Nuernberg.

Ya se conocía otra cianobacteria (Acaryochloris) por realizar la fotosíntesis infrarroja, pero como sólo ocurría en una especia y en un hábitat muy específico se consideraba una excepción. Acaryochloris vive en unos tunicados marinos que filtran casi todo el espectro visible y sólo dejan pasar la parte del infrarrojo cercano.

Este nuevo estudio aporta un nuevo tipo de fotosíntesis, el tercero, que está muy extendido en el reino microbiano, pero que sólo se activa cuando las condiciones normales de iluminación desaparecen y la fotosíntesis estándar deja paso a la infrarroja.

Hasta ahora se creía que el daño producido por la luz sería más severo más allá del límite rojo, pero el nuevo estudio muestra que este no es el caso si el ambiente es estable.

Las pistas obtenidas a acerca de todo esto podría ayudar a otros científicos a obtener cultivos de plantas de interés agrícola que tengan una fotosíntesis más efectiva al emplear una gama del espectro electromagnético más amplio. Además, saber cómo estas cianobacterias se protegen frente al daño causado por variaciones en la luz podrían ser útil en cultivos agrícola obtenidos por ingeniería genética.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
¿Cómo serán las plantas en otros planetas?
Sobre las plantas extraterrestres.
¿Fotosíntesis infrarroja?