La luz es la base de casi toda la vida en la Tierra. Usando la energía del sol, las plantas, las algas y algunas bacterias crean moléculas de azúcar complejas que sirven como base para la mayoría de las cadenas alimenticias de la naturaleza. Pero partes de esta reacción química que alimenta al mundo han permanecido como un misterio, hasta ahora. Por primera vez, los investigadores han observado los comienzos de la fotosíntesis, comenzando con un solo fotón.
“Se ha realizado una gran cantidad de trabajo, teórico y experimental, en todo el mundo tratando de comprender qué sucede después de que se absorbe el fotón. Pero nos dimos cuenta de que nadie estaba hablando del primer paso”, dijo Graham Fleming, químico de la Universidad de California en Berkeley (UC Berkeley) y coautor de la nueva investigación, en un comunicado. Fleming y su equipo describieron el proceso en un estudio publicado el 14 de junio en la revista Nature.
Cuando la luz golpea el cloroplasto de una planta, la fábrica de azúcar del mundo de los orgánulos, absorbe la energía de los fotones entrantes y la usa para convertir el dióxido de carbono y el agua en glucosa y oxígeno, gracias a un pigmento llamado clorofila. Los científicos conocen este proceso desde al menos finales de 1700, pero ha llevado mucho más tiempo desentrañar los detalles granulares. Un par de científicos franceses aislaron la clorofila por primera vez a principios del siglo XIX y, a finales de siglo, el botánico Theodor Wilhelm Engelmann había descubierto su papel en la absorción de la luz solar, según un artículo de 2019 publicado en Annals of Botany. Los investigadores avanzaron más en la determinación de la bioquímica de la fotosíntesis a lo largo del siglo XX y descubrieron, por ejemplo, que los electrones excitados ayudan a transferir energía a través de los cloroplastos.
También se dieron cuenta de que los cloroplastos deben ser muy sensibles a la luz; después de todo, las plantas pueden realizar la fotosíntesis en condiciones de sombra y los fotones en un rayo de sol son relativamente difusos. Los científicos plantearon la hipótesis de que solo se necesita una pequeña cantidad de fotones para iniciar el proceso. Sin embargo, nadie había observado con éxito ese primer paso crucial.
En el nuevo estudio, los investigadores observaron las bacterias fotosintéticas moradas, que comparten un ancestro antiguo con las plantas y algas modernas. Establecieron una fuente de fotones que escupe solo dos fotones a la vez. Durante cada prueba, el primer fotón disparado fue absorbido por un detector ultrasensible, mientras que el otro golpeó el equivalente bacteriano de un cloroplasto. Efectivamente, cuando el segundo fotón dio en el blanco, se puso en marcha la fotosíntesis.
Los investigadores realizaron esta prueba más de 1,5 millones de veces para asegurarse de que el segundo fotón, en lugar de una fuerza externa, estaba desencadenando la reacción química. Esto confirmó que solo un fotón era suficiente para desencadenar la fotosíntesis.
“Este experimento ha demostrado que en realidad se pueden hacer cosas con fotones individuales. Así que ese es un punto muy, muy importante”, dijo en un comunicado Birgitta Whaley, física química de la UC Berkeley y coautora del estudio.
Fuente: Live Science.
