Reportajes
Cambio climáticoCXLVI Fotosíntesis casi en la oscuridad
Juan Carlos Tellechea

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
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.
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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