La fotosíntesis puede tener lugar en la naturaleza incluso con niveles de luz extremadamente bajos, de acuerdo a un estudio internacional que involucró a especialistas de diversas áreas de la ciencia.
El asombroso hallazgo de esta investigación, cuyos resultados se publicaron en la revista Nature Communications, muestran que la fotosíntesis en el océano es posible en condiciones de luz mucho más bajas y, por lo tanto, puede tener lugar a profundidades mucho mayores de lo que se pensaba hasta ahora.
Para el estudio del fitoplancton y las algas bajo el hielo polar, realizado durante un año en el Océano Ártico, los científicos utilizaron las mediciones obtenidas durante la ejecución del proyecto de investigación internacional Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC).
Entre septiembre de 2019 y octubre de 2020 la expedición MOSAiC, a bordo del rompehielos de investigación alemán Polarstern, registró cientos de parámetros ambientales con una precisión y frecuencia sin precedentes. Además del descubrimiento a partir de las microalgas, los investigadores lograron obtener la primera imagen completa del impacto de la crisis climática en el Ártico, que se está calentando el doble de rápido que el resto del planeta.
La fotosíntesis: base de toda la vida en la Tierra
Foto referencial.
La fotosíntesis es uno de los procesos biológicos más importantes de la Tierra pues proporciona la principal fuente de energía biológicamente utilizable, carbono y oxígeno, al transformar la luz solar.
Durante mucho tiempo los científicos han calculado la cantidad teórica mínima de luz solar requerida para el proceso químico que sostiene la vida en la Tierra. La parte más baja de la región ártica recibe solo el 1% de la luz solar de la superficie, pero desde el punto de vista teórico investigaciones previas determinaron que la fotosíntesis aún podría ocurrir con una luz aún menor. Sin embargo, las mediciones anteriores de la cantidad de luz necesaria para que las plantas puedan realizarla, siempre estuvieron muy por encima del requisito mínimo teórico posible.
En este nuevo estudio, titulado “Requerimiento de luz fotosintética cerca del mínimo teórico detectado en microalgas árticas” (Photosynthetic light requirement near the theoretical minimum detected in Arctic microalgae), reveló que la acumulación de biomasa puede tener lugar con una cantidad de luz cercana a este mínimo. El descubrimiento significa que la vida podría existir en porciones del océano que previamente se consideraban fuera de los límites.
Sorprendentes e inesperados resultados
Final de la Noche Polar
El equipo científico multidisciplinario, liderado por Clara Hoppe, bióloga del Instituto Alfred Wegener (por sus siglas en alemán AWI) del Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina y centrado en estudiar el fitoplancton y las algas, responsables de la mayor parte de la fotosíntesis en el Ártico central, midieron con sensores sensibles en el hielo y el agua la cantidad de luz disponible a en marzo, luego de que culminó la noche polar y cuando el sol apenas se encuentra por encima del horizonte, por lo que todavía el hábitat de estas plantas, estaba casi completamente oscuro.
Los investigadores fueron sorprendidos por las mediciones obtenidas porque a pesar de la escasa luz, se volvió a acumular biomasa vegetal, para lo cual es absolutamente esencial la fotosíntesis. Las microalgas llevaron a cabo este proceso con los niveles de luz más bajos jamás registrados: 0,04 micromoles de fotones m⁻²/s⁻¹. Este resultado no estuvo muy lejos de lo predicho en las simulaciones por computadora que indican que la luz más baja posible en cualquier circunstancia es 0,01 micromoles de fotones m⁻²/s⁻¹.
Éstas solo disponían para su crecimiento de una cienmilésima parte de la cantidad de luz de un día soleado en la superficie de la Tierra, aproximadamente. “Es muy impresionante ver con qué eficacia las algas pueden utilizar cantidades tan pequeñas de luz. Esto demuestra una vez más lo bien que se adaptan los organismos a su entorno”, señala Clara Hoppe.
Un ejemplo para contextualizar el sorprendente descubrimiento es el de las condiciones de luz típicas de un día despejado en el exterior en Europa, con mediciones de entre 1.500 y 2.000 micromoles de fotones m⁻²/s⁻¹, lo que representa entre 37.000 y 50.000 veces la cantidad requerida por las microalgas del Ártico.
Diversas disciplinas de la ciencia en acción
La combinación las mediciones del campo luminoso con las mediciones biológicas estuvo a cargo de dos especialistas del hielo marino, ambos investigadores del Instituto de Oceanografía de la Universidad de Hamburgo, Alemania, Niels Fuchs y Dirk Notz.
Sobre el proceso afirma Fuchs: “Para medir niveles de luz tan bajos en las duras condiciones del invierno ártico, tuvimos que congelar en el hielo instrumentos especiales recién desarrollados en plena noche polar”. Notz, por su parte, precisa que fue especialmente difícil tomar en cuenta las irregularidades en el campo de luz bajo el hielo por los distintos espesores del hielo y de la nieve. “Al final pudimos estar seguros, simplemente no había más luz”.
Noche polar.
Los autores resaltan la importancia de los resultados del estudio para todo el planeta, aunque éstos se circunscriben al Océano Ártico, pues permiten suponer que en otras áreas los organismos se han adaptado a condiciones de baja luz de los océanos del mundo. Esto implicaría oxígeno y alimento para los peces, en áreas que se pensaban inhabitables.
“Aunque nuestros resultados son específicos del Océano Ártico, muestran de qué es capaz la fotosíntesis. Si es tan eficiente en las difíciles condiciones del Ártico, podemos suponer que los organismos en otras regiones de los océanos también se han adaptado tan bien”, dice la autora principal del estudio Clara Hoppe.
Posibilidades para las ciencias vegetales
Un artículo de Sven Batke, profesor de Biología en la Universidad Edge Hill, Inglaterra, publicado en The Conversation aborda las posibilidades que abre para las ciencias vegetales el descubrimiento reciente sobre la cantidad de luz necesaria para que las plantas realicen la fotosíntesis.
La primera de ellas se refiere a la posibilidad de extender la temporada de crecimiento aumentando el crecimiento de los cultivos y con ello, la producción de alimentos. Esto en las zonas del mundo que reciben muy poca luz solar porque están lejos del ecuador y soportan inviernos largos, o están persistentemente cubiertas por nubes como Reino Unido, por ejemplo. Al respecto Batke escribe que los científicos podrían desarrollar cultivos que requieran mucha menos luz aprendiendo del proceso de las microalgas del Ártico. Al desbloquear su potencial genético éstos podrían beneficiarse mediante el uso de enfoques de fitomejoramiento o biotecnología para modificarlos.
También menciona que podría haber beneficios adicionales para el cultivo de plantas en interiores, como en invernaderos, politúneles o granjas verticales, sistemas a veces dependen de la iluminación artificial. “Si se pueden diseñar cultivos para realizar la fotosíntesis con intensidades de luz más bajas, sin comprometer aspectos como el rendimiento, el sabor o el olor, se podría reducir la demanda de energía” para la luz artificial. Esto reduciría los costos y las emisiones de carbono.
Afirma Sven Batke que “una de las perspectivas más interesantes de esta investigación es que podría facilitar el cultivo de plantas en el espacio. Uno de los principales desafíos de las misiones espaciales a la Luna, Marte o, eventualmente, más allá, es cómo alimentar a cualquiera que intente vivir en esos mundos durante un período de tiempo prolongado. La luz solar puede ser limitada, por lo que necesitaremos formas altamente eficientes de producir alimentos que no consuman mucha energía”.
Con información de Nature Communications, Instituto Alfred Wegener y The Conversation
Fotos e imagen de AWI y Nature Comunications
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