La fotosíntesis

La ecuación global y los pigmentos

Sumerja una rama de una planta acuática en agua iluminada y verá subir burbujas continuas que cesan al apagar la luz. ¿Qué gas es, y de qué materias procede la masa que gana la planta?

En palabras: dióxido de carbono más agua, con energía de la luz, producen glucosa y oxígeno. Los reactivos son el CO₂ y el H₂O, los productos son la glucosa y el O₂, y la fuente de energía es la luz solar.

Las plantas no son las únicas: las algas y el fitoplancton de mares y lagos también fotosintetizan, y producen gran parte del oxígeno del planeta.

La respiración celular, el proceso complementario

Los seres vivos necesitan energía útil. En la respiración celular, tanto de plantas como de animales, las moléculas del alimento (como la glucosa) se rompen y se libera energía que la célula puede usar.

Las plantas hacen las dos cosas: fotosintetizan cuando hay luz y respiran todo el tiempo. Los animales solo respiran. Juntas, fotosíntesis y respiración son las dos etapas del ciclo del carbono: la primera saca carbono de la atmósfera y lo pone en moléculas orgánicas; la segunda lo devuelve.

En otoño, en las especies caducifolias de clima templado, la clorofila se degrada antes que los carotenoides y aparecen los amarillos y naranjas que antes quedaban tapados. En Honduras, donde casi no hay estaciones de ese tipo, esto se ve poco, pero algunas hojas se ponen amarillas o rojizas antes de caer.

La clorofila está en los cloroplastos, los orgánulos donde ocurre la fotosíntesis. Las clorofilas a y b absorben luz azul-violeta y roja; los carotenoides absorben sobre todo azul y verde-azulado. Todos reflejan o transmiten luz verde (la clorofila) o amarilla-naranja (los carotenoides), y ese es el color que vemos. El gráfico de cuánta luz absorbe un pigmento según su color se llama espectro de absorción.

Por qué importa la fotosíntesis

Pensando en materia, energía y atmósfera, la fotosíntesis es imprescindible por tres razones:

• Materia: convierte carbono inorgánico (CO₂) en materia orgánica. Con ella se forman la planta y, al comerla, los herbívoros y toda la red trófica. La masa de una planta viene sobre todo del CO₂ y del agua, no del suelo.

• Energía: transforma la energía de la luz en energía química almacenada en las moléculas orgánicas. Es la entrada de energía de casi todos los ecosistemas.

• Atmósfera: libera O₂, que usamos para respirar, y retira CO₂, un gas de efecto invernadero.

El cloroplasto: tilacoides y estroma

La estructura explica la función. La fotosíntesis ocurre en los cloroplastos, orgánulos de las células vegetales y de las algas. Es una de las «estructuras responsables» de capturar la energía solar.

Las dos fases de la fotosíntesis

De la hoja al ciclo del carbono

Las hojas intercambian gases con el aire a través de los estomas, pequeños poros de la epidermis. Por ellos entra el CO₂ y sale el O₂ (y vapor de agua). El agua llega por los nervios, y la glucosa formada viaja también por los nervios hacia otras partes de la planta.

Si se talan grandes extensiones de bosque, por ejemplo en La Mosquitia, hay menos plantas que retiren CO₂ y produzcan O₂: el CO₂ de la atmósfera aumenta. Además, al quemar la madera se libera más CO₂.

La fotosíntesis es la puerta de entrada del carbono a la biosfera: el carbono del CO₂ atmosférico pasa a los azúcares, de ahí a la red trófica y, por la respiración y la descomposición, regresa a la atmósfera. Verá este ciclo completo en otra sección del curso.

Factores limitantes

En un laboratorio, al iluminar una planta con focos cada vez más potentes, la tasa fotosintética sube al principio y luego se estanca en una meseta. ¿Por qué más luz deja de acelerar el proceso?

Los factores principales son:

• Luz: con poca luz, la tasa crece casi proporcional a ella; con mucha, se satura (la maquinaria de captura y las enzimas ya trabajan al máximo).

• CO₂: entra por los estomas. Si los estomas se cierran para ahorrar agua, el CO₂ escasea.

• Temperatura: las reacciones dependen de enzimas; con frío van lentas y con calor excesivo las enzimas se dañan.

Cuando escasea un factor, la fotosíntesis baja; cuando es excesivo también puede dañar: demasiado calor daña las enzimas y demasiada luz puede dañar los pigmentos.

Esto explica por qué la productividad cambia entre ecosistemas: una selva con mucha luz, calor y agua fotosintetiza mucho más que un desierto, donde el agua y los estomas cerrados limitan el proceso.

Investigar con datos

Para saber si una hoja hizo fotosíntesis se busca almidón, la reserva que forma la planta con la glucosa. El lugol (yodo) lo tiñe de azul-negro. Primero hay que quitar la clorofila (con alcohol caliente), porque el verde taparía el color. Si se usa una hoja variegada, con zonas blancas sin clorofila, solo se tiñen las zonas verdes que recibieron luz: las blancas no fotosintetizan y quedan sin teñir.

Para saber cómo influye un factor hay que cambiar solo una variable, medir el resultado y mantener todo lo demás constante. Estos son datos simulados de intercambio neto de O₂ (unidades arbitrarias por minuto) de una planta acuática a temperatura y CO₂ constantes:

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