Reflexiones alrededor de la fotosíntesis

  

Sornosa, Josep

Timor, Pascual

Mediante el proceso de la fotosíntesis, las plantas y otros organismos transforman la energía solar recibida en energía química para sus actividades y funciones celulares.

 

Existen varias clasificaciones de la fotosíntesis en función del uso que los organismos hagan del agua para la reducción del CO₂. En ese caso tendríamos una fotosíntesis oxigénica (donde se combinan CO₂ y H₂O creando glucosa y oxígeno); o, en caso contrario, cuando no utilizan el agua para la reducción del CO₂, como es el caso de géneros bacterianos, por ejemplo: Chlorobium o Chromatium, donde nos encontraríamos ante una fotosíntesis anoxigénica.

Si, por ende, atendemos a clasificar la fotosíntesis en función de las adaptaciones fisiológicas de las plantas, y siendo este el criterio de clasificación que, en el devenir posterior y siguientes aplicaciones, tomaremos como base para desarrollar nuestras teorías biónicas o biomiméticas, podríamos clasificar la fotosíntesis en:

 

• Fotosíntesis C3

• Fotosíntesis C4

• Fotosíntesis CAM (metabolismo ácido de las crasuláceas)

 

La fotosíntesis C3

 

O vía de los 3 carbonos, también denominada ciclo de Calvin en honor a su descubridor (Melvin Calvin, premio Nobel en 1961). Este tipo de fotosíntesis es la más común y la que se produce en condiciones normales de luz y temperatura. La utilizan las plantas, las bacterias y las algas, empleando el CO₂ en una reacción cuya primera molécula orgánica está constituida por tres átomos de carbono.

 

La C3 surgió en la escala geológico‑evolutiva hace más de 420 millones de años. Todas las plantas vasculares actuales descienden de una planta con este tipo de fotosíntesis (Gil, 1986; Griffiths, 1989; Raven y Spicer, 1996; Sage, 2002; Keeley y Rundel, 2003; Giordano, 2005, entre otros).

 

En aquella era geológica el cociente CO₂/O₂ en la atmósfera era mayor que en la actualidad, y dicho cociente fue disminuyendo (y, por tanto, incrementándose el O₂ en la Tierra) a medida que fue creciendo el número de especies fotosintéticas que liberaban oxígeno. Este tipo de fotosíntesis requiere una menor maquinaria enzimática.

 

Fotosíntesis C4

 

Se la conoce también como ruta de Hatch‑Slack, y es característica de las plantas de climas cálidos y tropicales. Mediante este proceso el CO₂ se fija en una molécula de 4 átomos de carbono (ácido aspártico o ácido málico).

La fotosíntesis, en este caso, no se realiza en toda la hoja de la planta, sino únicamente en un tipo de células internas que se disponen en una estructura llamada «anatomía de Kranz». Las plantas C4, en relación con las plantas C3, tienen una acción fotosintética mayor en ambientes donde existe una temperatura y una luz más intensas, y los estomas no necesitan estar abiertos continuamente, lo que permite reducir la transpiración y optimizar la eficiencia en el uso del H₂O.

 

Fotosíntesis CAM

 

Fotosíntesis denominada así por producirse en el contexto del metabolismo ácido de las crasuláceas (CAM, acrónimo en inglés), así como en la planta de la piña.

 

Es uno de los tipos de fotosíntesis que cuentan con una ruta fotosintética especial. Mientras las plantas C3 y C4 absorben CO₂ durante el día, en las plantas CAM los procesos están separados: absorben CO₂ durante la noche, lo almacenan y lo liberan durante el día para sintetizar hidratos de carbono. Las ventajas de este tipo de fotosíntesis son que las plantas pueden mantener sus estomas cerrados durante las horas de sol, reduciendo las pérdidas de agua por transpiración, y que este mecanismo les permite sobrevivir en ambientes con baja concentración de CO₂, pues lo almacenan para utilizarlo cuando sea necesario.

 

En esta introducción fisiológica podemos observar cómo la naturaleza resuelve sus problemas para adaptarse a las circunstancias, tanto favorables como desfavorables, y seguir evolucionando con la mayor eficiencia.

 

A partir de esta premisa y, a bote pronto, la gran pregunta inmediata que se plantea es por qué no podemos mimetizar o copiar los procesos que la naturaleza emplea para resolver, como especie, nuestros problemas medioambientales, sociales, industriales, creativos o de funcionamiento que tenemos y tendremos planteados en el presente, a corto plazo y en un futuro muy próximo. Recordemos que la vida en el planeta nos lleva 3.800 millones de años de ventaja y adelanto al ser humano. Esto no es nuevo, y el copiar a la naturaleza —cómo ha ido evolutivamente resolviendo sus problemas de adaptación, evolución y eficiencia— ya tiene un nombre y término acuñado desde finales del siglo XX como Biónica o, posteriormente, denominado a principios del siglo XXI por Janine Benyus (2012) como Biomímesis.

 

Mucho antes, ya personajes renacentistas habían reparado en que copiar procesos naturales y aplicarlos, aprendiendo de ellos para resolver obstáculos, era una forma extraordinaria de avanzar y evolucionar. No hay más que indagar en las obras y artilugios del genial Leonardo da Vinci para pensar que la imitación de la forma resolutiva de la naturaleza es un buen negocio evolutivo, cooperativo, provechoso y sostenible para el devenir de la especie humana y el hogar que habitamos: el planeta Tierra.

 

Tabla comparativa básica C3–C4–CAM

 

Característica	Fotosíntesis C3	Fotosíntesis C4	Fotosíntesis CAM
Primera molécula formada	3 átomos de carbono	4 átomos de carbono (ác. aspártico o málico)	Ácidos orgánicos de reserva (malato, etc.)
Condiciones típicas	Luz y temperatura normales	Climas cálidos y tropicales	Zonas secas, con poca agua y a veces poco CO₂
Momento de entrada del CO₂	Durante el día	Durante el día	Absorbe de noche y usa de día
Lugar principal en la hoja	Toda la hoja (células del mesófilo)	Células especiales con «anatomía de Kranz»	Células del mesófilo con almacenamiento nocturno del CO₂
Ventaja principal	Sistema sencillo, poca maquinaria enzimática	Mayor eficiencia con luz y temperatura altas	Minimiza pérdida de agua, útil en sequía y bajo CO₂