Qué es la fotosíntesis y por qué es tan importante
Conoce todos los procesos tras la fotosíntesis de las plantas y por qué este proceso es tan necesaria para la supervivencia de nuestra especial y la vida animal.
Juan Carlos Broncano
La fotosíntesis es uno de esos conceptos que se mantienen en el ideario colectivo como un proceso necesario para la vida en la Tierra. Tras de sí, se encuentra toda una cadena de fenómenos que desembocan en la producción de oxígeno y sostienen la biodiversidad y la sostenibilidad ambiental.
Ahora bien, ¿cuáles son estos procesos y cómo se lleva a cabo la síntesis de oxígeno? ¿Cuál es el ciclo que se desarrolla y por qué los ecosistemas dependen de la variedad y variabilidad de las plantas? Estas y otras cuestiones sobre la fotosíntesis serán abordadas a lo largo de este artículo.
¿Qué es la fotosíntesis?
Como su propio nombre indica (foto, de luz, síntesis, de composición), la fotosíntesis es el proceso bioquímico mediante el cual las plantas, las algas y algunas bacterias convierten la energía de la luz solar en energía química.
Esta energía se almacena en forma de glucosa, un tipo de azúcar que se utiliza para alimentar las actividades celulares. Durante este proceso, se libera la producción de oxígeno al medio ambiente, que es necesaria para la vida del resto de seres vivos de nuestro sistema climático.
Componentes clave de la fotosíntesis
La composición química derivada del proceso de la fotosíntesis nos da algunas pistas sobre los componentes necesarios para su realización: dióxido de carbono (CO₂), agua (H₂O), y luz solar, que son transformados en glucosa (C₆H₁₂O₆) y oxígeno (O₂). En concreto, la fórmula general es la siguiente:
6 moléculas de agua + 6 moléculas de dióxido de carbono + luz solar = una molécula de glucosa + 6 moléculas de oxígeno
Es decir:
6 H₂O + 6 CO₂ + luz solar = C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Clorofila
La clorofila es el pigmento verde presente en los cloroplastos de las células vegetales. Es responsable de la absorción de la luz solar en las longitudes de onda roja y azul, que son las más eficaces para la fotosíntesis. Sin clorofila, las plantas no podrían captar la energía necesaria para llevar a cabo este proceso.
Luz solar
La luz solar es la fuente de energía principal que impulsa la fotosíntesis. La energía de esta fuente es capturada por la clorofila y utilizada para excitar los electrones, iniciando una serie de reacciones químicas que culminan en la producción de ATP y NADPH, compuestos que almacenan energía.
Agua
Durante la fotosíntesis, el agua es absorbida por las raíces de las plantas y transportada a las hojas a través del xilema. En el proceso de la fase luminosa, el agua se divide en oxígeno, protones y electrones.
Posteriormente, el oxígeno es liberado al ambiente, mientras que los electrones y protones participan en la producción de ATP y NADPH.
Dióxido de carbono
Para la producción de glucosa y oxígeno, el dióxido de carbono es capturado del aire a través de pequeños poros en las hojas llamados estomas. También conocida como el Ciclo de Calvin, este gas es la base que sostiene la fase oscura de la fotosíntesis, donde se convierte en glucosa mediante un conjunto de reacciones enzimáticas en cadena.
Etapas de la fotosíntesis
El proceso de producción de oxígeno y glucosa se lleva a cabo en dos fases, que se sustentan, a su vez, en diferentes subprocesos, como veremos a continuación.
Fase luminosa
La fase luminosa de la fotosíntesis ocurre en los tilacoides de los cloroplastos y depende directamente de la luz solar. Durante esta fase, la energía de la luz solar es capturada por la clorofila y utilizada para dividir las moléculas de agua en oxígeno, protones y electrones, además de generar ATP y NADPH, que son necesarios para la fase oscura.
Las etapas de esta fase son cuatro: absorción de luz, oxidación, reducción y generación de ATP. En cada una de estas, se produce una reacción química diferente derivada de la ionización de la clorofila, donde se reemplazan los electrones perdidos por electrones procedentes de la molécula del agua.
Fase oscura (Ciclo de Calvin)
La fase oscura, o Ciclo de Calvin, se lleva a cabo en el estroma de los cloroplastos y no depende directamente de la luz solar. En este caso, el CO₂ capturado del aire se convierte en glucosa utilizando el ATP y el NADPH producidos en la fase luminosa.
Este proceso implica una serie de reacciones enzimáticas que fijan el carbono en una forma utilizable para la planta. En concreto, la reacción es catalizada por la enzima ribulosa bifosfato carboxilasa oxigenasa, también conocida como rubisco.
Factores que afectan la fotosíntesis
Cuando se habla de que el cambio climático está afectando la fotosíntesis de las plantas, se hace referencia a cómo las alteraciones en la temperatura media global, la disponibilidad de agua y las concentraciones de CO₂ en la atmósfera pueden influir en la eficiencia y la tasa de fotosíntesis, impactando en el crecimiento y la salud de las plantas y, en última instancia, en la producción de alimentos y la estabilidad de los ecosistemas.
Intensidad lumínica
La intensidad de la luz solar afecta directamente la tasa de fotosíntesis. A mayor intensidad lumínica, mayor será la producción de ATP y NADPH, hasta que otros factores se vuelvan limitantes.
Concentración de CO₂
La cantidad de dióxido de carbono disponible también influye en la fotosíntesis. Un aumento en la concentración de CO₂ puede incrementar la tasa de fotosíntesis, siempre que otros factores no sean limitantes.
Temperatura
La temperatura afecta las enzimas involucradas en la fotosíntesis, como el rubisco, la ATP sintasa o la NADP+ reductasa. Cada planta tiene una temperatura óptima para la fotosíntesis; temperaturas muy altas o muy bajas pueden reducir la eficiencia del proceso, con todo lo que ello conlleva.
Agua
El agua es un componente esencial tanto como reactivo en la fase luminosa como para mantener la turgencia de las células vegetales. La falta de agua puede cerrar los estomas, reduciendo la captación de CO₂ y, por ende, la fotosíntesis.
Importancia de la fotosíntesis
La fotosíntesis no solo afecta a la absorción de dióxido de carbono y posterior producción de oxígeno. De este proceso dependen una gran cantidad de recursos que conforman nuestros ecosistemas, lo que puede alterar a la capacidad para producir alimentos y, con ello, la perdurabilidad de las especies animales.
Impacto en la cadena alimenticia
La fotosíntesis es la base de la cadena alimenticia. Las plantas, conocidas como productores primarios, convierten la energía solar en energía química a través de la fotosíntesis. Esta energía es transferida a los herbívoros cuando consumen plantas y, posteriormente, a los carnívoros cuando estos se alimentan de herbívoros.
Contribución a los ciclos de carbono y oxígeno
La fotosíntesis es el factor de intercambio en los ciclos de carbono y oxígeno. Las plantas absorben CO₂ del aire y lo convierten en glucosa, reduciendo los niveles de dióxido de carbono atmosférico, al mismo tiempo que liberan oxígeno, que es necesario para la respiración de la mayoría de los organismos vivos.
Este proceso contribuye a equilibrar los niveles de gases en la atmósfera, ayudando a mitigar el efecto invernadero y el cambio climático causado por los gases contaminantes.
Relevancia para la agricultura y la producción de alimentos
La fotosíntesis también influye en mayor o menor medida en la capacidad de la agricultura de producir alimentos. Los cultivos agrícolas dependen de la fotosíntesis para crecer y producir los nutrientes necesarios para la nutrición humana y animal.
Ante el aumento de la temperatura global, la implementación de prácticas agrícolas y tecnológicas que optimicen la fotosíntesis pueden aumentar los rendimientos de los cultivos con el fin de ayudar a satisfacer la creciente demanda de alimentos a nivel mundial sin desequilibrar los ecosistemas ni contribuir a la pérdida de la biodiversidad.
Al fin y al cabo, la importancia de la fotosíntesis se extiende a todos los niveles del ecosistema, desde la base de la cadena alimenticia hasta la regulación de los ciclos biogeoquímicos y la producción agrícola.
Entender este proceso y los factores que lo afectan es determinante para desarrollar y aplicar estrategias a corto, medio y largo plazo que promuevan la sostenibilidad y el equilibrio ambiental para evitar llegar a un punto de no retorno.