Reportajes

Cambio climático

CXLVI Fotosíntesis casi en la oscuridad

Juan Carlos Tellechea
lunes, 7 de octubre de 2024
Ocean City y Blloon Town en el témpano MOSAico © 2024 by rbb / UFA Show & Factual Ocean City y Blloon Town en el témpano MOSAico © 2024 by rbb / UFA Show & Factual
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La fotosíntesis o función clorofílica puede tener lugar en la naturaleza en condiciones de luz extramadamente escasa, según un estudio internacional que investigó el desarrollo de microalgas al final de la noche polar. Las mediciones se llevaron a cabo en el marco de la expedición MOSAIC a 88º de latitud norte y revelaron que, incluso tan al norte, las microalgas pueden acumular biomasa mediante fotosíntesis ya a finales de marzo.

En esa época, el sol apenas se asoma por el horizonte, por lo que todavía está casi completamente oscuro en el hábitat de las microalgas, bajo la capa de nieve y hielo del Océano Ártico. Los resultados del estudio publicado ahora en la revista Nature Communications demuestran que la fotosíntesis en el océano es posible en condiciones de luz mucho más bajas y, por tanto, puede tener lugar a profundidades mucho mayores de lo que se suponía hasta ahora.

Conversión

La fotosíntesis convierte la luz solar en energía biológicamente utilizable y constituye así la base de toda la vida en nuestro planeta. El proceso químico consiste en la conversión de materia inorgánica a materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz solar.

Sin embargo, las mediciones anteriores de la cantidad de luz necesaria para ello siempre han estado muy por encima del mínimo teóricamente posible. El nuevo estudio publicado en la revista científica Nature Communications demuestra que la acumulación de biomasa puede producirse con una cantidad de luz cercana a ese mínimo.

Datos

Para su trabajo, los investigadores utilizaron datos de medición del proyecto de investigación internacional MOSAiC. Como parte de la expedición, se congelaron en el Ártico central durante un año en 2019 en el rompehielos de investigación alemán Polarstern para investigar el ciclo anual del clima y el ecosistema árticos.

El equipo dirigido por la Dra Clara Hoppe, del Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI), se centró en el estudio del fitoplancton y las algas del hielo. Éstas son responsables de la mayor parte de la fotosíntesis en el Ártico central. Inesperadamente, las mediciones mostraron que pocos días después del final de la noche polar, que duró un mes, volvía a acumularse biomasa vegetal, para la que la fotosíntesis es absolutamente esencial.

Representación esquemática de las mediciones oceanográficas de la expedición MOSAiC. © 2024 y Instituto Alfred Wegener.Representación esquemática de las mediciones oceanográficas de la expedición MOSAiC. © 2024 y Instituto Alfred Wegener.

Unos sensores de luz extremadamente sensibles situados en el hielo y el agua permitieron medir la cantidad de luz disponible para ello. Los resultados fueron especialmente sorprendentes porque la fotosíntesis en el Océano Ártico se realizaba bajo el hielo marino cubierto de nieve, que solo deja pasar unos pocos fotones de la luz solar incidente: Las microalgas solo disponían para su crecimiento de una cienmilésima parte de la cantidad de luz de un día soleado en la superficie terrestre.

Adaptación

La Dra Clara Hoppe afirmó que:

Es impresionante ver la eficacia con la que las algas pueden utilizar cantidades tan bajas de luz. Esto demuestra una vez más lo bien que se adaptan los organismos a su entorno.

El estudio se realizó gracias a la estrecha colaboración entre investigadores de diversas disciplinas. Los investigadores del hielo marino Dr Niels Fuchs y el profesor Dirk Notz, del Instituto de Investigación Marina de la Universidad de Hamburgo, se encargaron de combinar las mediciones del campo luminoso con las biológicas.

El Dr Niels Fuchs explicó que:

Para medir niveles de luz tan bajos en las duras condiciones del invierno ártico, tuvimos que congelar en el hielo, en plena noche polar, unos dispositivos de medición especiales de nuevo desarrollo.

Fluctuaciones

Su colega el profesor Dirk Notz añadió que fue especialmente difícil tener en cuenta las irregularidades del campo luminoso bajo el hielo debidas a las fluctuaciones del grosor del hielo y la nieve:

Pero al final pudimos estar seguros: No había más luz que esa.

Los resultados del estudio ahora publicado son significativos para todo el planeta.

La Dra Clara Hoppe agregó que:

Aunque nuestros resultados son específicos del océano Ártico, muestran de lo que es capaz la fotosíntesis en su conjunto. Si es tan eficiente en las difíciles condiciones del Ártico, podemos suponer que los organismos de otras regiones de los océanos también se han adaptado tan bien.

Profundidades

Esto significa que en las zonas más profundas de los océanos también habría luz suficiente para producir energía utilizable y oxígeno a través de la fotosíntesis, que luego estaría disponible para los peces, por ejemplo. Por tanto, el hábitat fotosintético correspondiente en el océano podría ser globalmente mucho mayor de lo que se suponía hasta ahora.

En el proceso de la fotosíntesis, la energía lumínica se transforma en energía química estable, siendo el NADPH (nicotín adenín dinucleótido fosfato) y el ATP (adenosín trifosfato) las primeras moléculas en las que queda almacenada esta energía química. Con posterioridad, el poder reductor del NADPH y el potencial energético del grupo fosfato del ATP se usan para la síntesis de hidratos de carbono a partir de la reducción del dióxido de carbono (CO2).

Organismos

La vida en nuestro planeta se mantiene fundamentalmente gracias a la síntesis que realizan en el medio acuático las algas, las cianobacterias, las bacterias rojas, las bacterias púrpuras, bacterias verdes del azufre, y en el medio terrestre las plantas, que tienen la capacidad de sintetizar materia orgánica (imprescindible para la constitución de los seres vivos) partiendo de la luz y la materia inorgánica. De hecho, cada año los organismos fotosintetizadores fijan en forma de materia orgánica en torno a 100 000 millones de toneladas de carbono.

Publicación original

Clara J.M. Hoppe, Niels Fuchs, Dirk Notz, Philip Anderson, Philipp Assmy, Jørgen Berge, Gunnar Bratbak, Gaël Guillou, Alexandra Kraberg, Aud Larsen, Benoit Lebreton, Eva Leu, Magnus Lucassen, Oliver Müller, Laurent Oziel, Björn Rost, Bernhard Schartmüller, Anders Torstensson, Jonas Wloka: Photosynthetic light requirement near the theoretical minimum detected in Arctic microalgae, Nature Communications (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-024-51636-8
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