¿Por qué es verde la hierba? Examinemos con detalle la fotosíntesis

“¿POR qué es verde la hierba?” Tal vez cuando era niño hizo esa pregunta. ¿Le satisfizo la respuesta que obtuvo? Algunas preguntas de esta clase que plantean los niños son muy profundas. Pueden impulsarnos a analizar con más detenimiento cosas de la vida diaria que damos por sentadas y revelar maravillas ocultas de las que no teníamos ningún conocimiento.

Para comprender por qué la hierba es verde, piense en algo que aparentemente no tiene nada que ver con ella. Trate de imaginarse la fábrica perfecta. La fábrica perfecta no generaría ruido y tendría un aspecto agradable, ¿no es cierto? Sus actividades no contaminarían el medio ambiente, sino que, más bien, lo mejorarían. Naturalmente, produciría artículos útiles, esenciales incluso, para todo el mundo. Tal fábrica debería alimentarse de energía solar, ¿no le parece? De ese modo, no necesitaría conexiones eléctricas ni suministros de carbón o derivados del petróleo para su funcionamiento.

Sin duda alguna, la fábrica perfecta alimentada con energía solar utilizaría placas solares muy superiores a las que se construyen con la tecnología humana actual, pues serían altamente eficientes, y tanto su manufactura como su uso resultarían económicos e inocuos para el medio ambiente. La fábrica perfecta emplearía la tecnología más avanzada que pudiera concebirse, pero sin los inesperados fallos técnicos, averías o ajustes incesantes que la tecnología punta parece conllevar hoy en día. Se esperaría que fuera totalmente automatizada, que no precisara de operadores. En realidad, se repararía, se mantendría e incluso se duplicaría a sí misma.

¿Es la fábrica perfecta pura ciencia ficción, una utopía? De ningún modo; es tan real como la hierba que pisa. De hecho, se trata de esa hierba, así como del helecho de su oficina y del árbol que ve por la ventana. La fábrica perfecta es toda planta verde. Aprovechando la energía solar, las plantas verdes producen alimento, directa o indirectamente, para casi todas las formas de vida terrestres, a partir de anhídrido carbónico, agua y minerales. En el proceso renuevan la atmósfera, pues absorben anhídrido carbónico y desprenden oxígeno puro.

Se calcula que las plantas verdes del planeta producen de 150.000 millones a 400.000 millones de toneladas de azúcar al año, una cantidad muy superior a la producción de todas las industrias siderúrgicas, automovilísticas y aeroespaciales del mundo juntas. Para elaborar azúcar, las plantas toman átomos de hidrógeno de las moléculas de agua valiéndose de la energía solar, y los agregan a moléculas de anhídrido carbónico tomadas del aire, convirtiendo así el anhídrido carbónico en un carbohidrato: el azúcar. Este extraordinario proceso se denomina fotosíntesis. Las plantas pueden entonces utilizar las nuevas moléculas de azúcar para su consumo energético o pueden combinarlas para formar almidón, que les sirve de reserva alimentaria, o celulosa, la sustancia fuerte y flexible que compone la fibra vegetal. ¡Imagínese! Una secuoya de 90 metros de altura se fue formando principalmente a partir del aire, una molécula de anhídrido carbónico y otra de agua, una tras otra, en incontables millones de ‘cadenas de producción’ microscópicas llamadas cloroplastos. Pero ¿cómo funciona este proceso?

Un vistazo al mecanismo de la fotosíntesis

La formación de una secuoya a partir del aire (además de agua y unos cuantos minerales) es algo realmente asombroso, pero no es magia, sino diseño inteligente y tecnología mucho más compleja que la humana. Poco a poco, los científicos están destapando la “caja negra” de la fotosíntesis para contemplar maravillados la bioquímica extremadamente complicada que tiene lugar en su interior. Echemos un vistazo junto con ellos al mecanismo que hace posible casi toda forma de vida en la Tierra. Quizá podremos comenzar a obtener una respuesta a la pregunta “¿por qué es verde la hierba?”.

Recurramos al confiable microscopio para examinar una hoja común. A simple vista, toda la hoja parece verde, pero se trata de una ilusión. Las células que observamos a través del microscopio no son tan verdes después de todo. En realidad, son en su mayor parte transparentes, aunque cada una de ellas contiene de 50 a 100 diminutos puntos verdes. Estos puntos son los cloroplastos, en los que se localiza la clorofila, de color verde y sensible a la luz, y en los que se realiza la fotosíntesis. ¿Qué sucede en el interior de los cloroplastos?

Cada cloroplasto es una especie de saco minúsculo que contiene, a su vez, sacos aplanados aún más pequeños, llamados tilacoides. Por fin hemos localizado el color verde de la hierba. En la superficie de los tilacoides están incrustadas las moléculas de la verde clorofila, pero no al azar, sino en conjuntos cuidadosamente organizados que reciben el nombre de fotosistemas. En la mayoría de las plantas verdes existen dos tipos de fotosistemas, conocidos como FS I (fotosistema I) y FS II (fotosistema II). Estos actúan como equipos de producción especializados de una fábrica, pues cada uno se ocupa de una serie determinada de pasos en la fotosíntesis.

“Desechos” que no se desaprovechan

Cuando la luz del sol llega a la superficie del tilacoide, varios grupos de moléculas de clorofila del FS II, llamados complejos receptores de luz, están esperando para captarla. Estas moléculas absorben principalmente luz roja de una determinada longitud de onda. En diferentes puntos del tilacoide se encuentran otros tipos de moléculas del FS I que están al acecho de luz de longitud algo mayor. Al mismo tiempo, diversas moléculas de clorofila y otros pigmentos, como los carotenoides, absorben luz azul y violeta.

Así pues, ¿por qué es verde la hierba? De todas las longitudes de onda que inciden en las plantas, solo la luz verde no les es de ninguna utilidad, de modo que sencillamente la reflejan, lo que permite que la capten nuestros atentos ojos y las cámaras. Eso significa que los delicados tonos verdes de la primavera, así como el intenso verde esmeralda del verano, proceden de longitudes de onda que las plantas no necesitan, pero que los seres humanos apreciamos muchísimo. A diferencia de la contaminación y los desechos de las fábricas, esta luz “desechada” no se desaprovecha en absoluto, pues cuando contemplamos un hermoso bosque o pradera, el placentero color de la vida nos conforta el alma.

Regresemos al cloroplasto, donde la energía de los rayos rojos captada por el complejo receptor de luz del FS II es transferida a los electrones de las moléculas de clorofila hasta que, finalmente, un electrón está tan rebosante de energía, o “excitado”, que salta en brazos de una molécula transportadora localizada en la membrana del tilacoide. Cual bailarín que pasa de pareja en pareja, el electrón pasa de una molécula transportadora a otra, perdiendo energía gradualmente en el proceso. Cuando ha perdido la suficiente, puede reemplazar sin riesgos a un electrón del otro fotosistema, el FS I. (Véase el diagrama 1.)

Mientras tanto, el grupo de moléculas del FS II que ha perdido el electrón está cargado positivamente y ansioso de reponer la pérdida. A semejanza del hombre que acaba de descubrir que le han robado la billetera, el área del FS II conocida como el complejo formador de oxígeno está desesperada. ¿De dónde podrá sacar un electrón? ¡Ajá! Por los alrededores merodea una desventurada molécula de agua. Le aguarda una desagradable sorpresa.

Desintegración de las moléculas de agua

La molécula de agua se compone de un átomo de oxígeno relativamente grande y dos de hidrógeno más pequeños. El complejo formador de oxígeno del FS II contiene cuatro iones de manganeso que separan los electrones de los átomos de hidrógeno que integran la molécula de agua. Como consecuencia, esta queda dividida en dos iones positivos de hidrógeno (protones), un átomo de oxígeno y dos electrones. A medida que se desintegran más moléculas de agua, los átomos de oxígeno se emparejan formando moléculas de oxígeno gaseoso, que la planta devuelve al aire para nuestro uso. Los iones de hidrógeno comienzan a acumularse en el interior del tilacoide, donde la planta puede utilizarlos, y los electrones se destinan al reabastecimiento del complejo del FS II, el cual queda listo para repetir el ciclo muchas veces por segundo. (Véase el diagrama 2.)

Los iones de hidrógeno que se van apiñando en el tilacoide empiezan a buscar la forma de salir. Además de los dos iones de hidrógeno que se añaden cada vez que se rompe una molécula de agua, los electrones del FS II atraen otros iones del mismo elemento hacia el tilacoide durante su transferencia al complejo del FS I. De modo que, al poco tiempo, los iones de hidrógeno están agitándose como abejas furiosas en una colmena abarrotada. ¿Cómo salen del tilacoide?

Pues el genial Creador de la fotosíntesis ha suministrado una puerta giratoria solo de salida en la forma de una enzima especial utilizada en la elaboración de un importante combustible celular llamado ATP (adenosintrifosfato). Cuando los iones de hidrógeno salen con fuerza por la puerta giratoria, proporcionan la energía necesaria para recargar las moléculas de ATP gastadas. (Véase el diagrama 3.) Las moléculas de ATP son semejantes a diminutas baterías que aportan suministros pequeños de energía a lugares precisos de la célula para que se efectúen todo tipo de reacciones en esta. Las moléculas de ATP se necesitarán más tarde, en la cadena de producción de azúcar de la fotosíntesis.

Además del ATP, existe otra molécula minúscula que es fundamental para producir azúcar. Se trata del NADPH (forma reducida del fosfato de nicotinamida-adenindinucleótido). Las moléculas de NADPH son comparables a pequeñas camionetas de reparto, cada una de las cuales lleva a una enzima el átomo de hidrógeno que precisa para la elaboración de una molécula de azúcar. La generación de NADPH corresponde al complejo del FS I. Mientras un fotosistema (FS II) descompone las moléculas de agua y las emplea para crear ATP, el otro (FS I) absorbe la luz y expulsa los electrones que después utilizará en la formación de NADPH. Tanto las moléculas de ATP como las de NADPH se almacenan fuera del tilacoide para su uso posterior en la cadena de producción de azúcar.

El turno de noche

Mediante la fotosíntesis se elaboran miles de millones de toneladas de azúcar anuales; sin embargo, las reacciones de la fotosíntesis generadas con energía luminosa no producen azúcar realmente. Solo crean ATP (“baterías”) y NADPH (“camionetas de reparto”). A partir de este punto, las enzimas del estroma, como se denomina el espacio fuera de los tilacoides, utilizan el ATP y el NADPH para fabricar azúcar. De hecho, la planta puede elaborar azúcar en completa oscuridad. Podría compararse el cloroplasto a una fábrica con dos equipos (FS I y FS II), situados en los tilacoides, que fabrican baterías y camionetas de reparto (ATP y NADPH) para el uso de un tercer equipo, compuesto de enzimas especiales del estroma. (Véase el diagrama 4.) Este tercer equipo elabora azúcar uniendo átomos de hidrógeno y moléculas de anhídrido carbónico en una secuencia precisa de reacciones químicas. Los tres equipos pueden trabajar de día, y el equipo productor de azúcar hace el turno de noche también, al menos hasta que se agotan los suministros de ATP y NADPH del turno de día.

Digamos que el estroma es como una agencia matrimonial celular, llena de átomos y moléculas que deben “casarse” pero que no tienen el valor de hacerlo por sí mismos. Por lo tanto, ciertas enzimas actúan a modo de pequeñas casamenteras insistentes.a Son moléculas de proteína con formas especiales que les permiten sujetar los átomos o las moléculas precisos para una reacción particular. Pero no se conforman con presentar a los futuros cónyuges moleculares. Las enzimas no se dan por satisfechas hasta ver realizado el matrimonio, de modo que asen a la futura pareja y, pese a la renuencia de ambos, los ponen en contacto directo, materializando así esta especie de casamiento bioquímico a la fuerza. En cuanto concluye la boda, liberan a la nueva molécula y repiten el proceso una y otra vez. En el interior del estroma, las enzimas manipulan las moléculas de azúcar parcialmente completas con increíble rapidez, reorganizándolas, infundiéndoles energía con moléculas de ATP, añadiendo anhídrido carbónico e hidrógeno para finalmente enviar un azúcar de tres carbonos a otras partes de la célula donde será transformado en glucosa y muchas otras variantes. (Véase el diagrama 5.)

¿Por qué es verde la hierba?

La fotosíntesis es mucho más que una reacción química básica. Es una sinfonía bioquímica de complejidad y sutileza pasmosas. El libro Life Processes of Plants (Procesos vitales de las plantas) lo expresa así: “La fotosíntesis es un extraordinario proceso altamente reglamentado mediante el cual se aprovecha la energía de los fotones solares. Puede considerarse que la compleja estructura de la planta y los increíblemente intrincados mecanismos bioquímicos y genéticos que regulan la actividad fotosintética perfeccionan el proceso básico de captar el fotón y convertirlo en energía química”.

En otras palabras, averiguar por qué la hierba es verde equivale a contemplar con admiración una obra de diseño y tecnología muy superior a la de cualquiera ideada por el hombre: “máquinas” submicroscópicas que se regulan y mantienen a sí mismas y que realizan miles, o incluso millones, de ciclos por segundo (sin hacer ruido, sin contaminar y sin afear el paisaje), a fin de transformar la luz solar en azúcar. Para nosotros, equivale a tener un vislumbre de la mente del diseñador e ingeniero por excelencia: nuestro Creador, Jehová Dios. Piense en ello la próxima vez que admire una de las hermosas fábricas perfectas de Jehová que sustentan la vida o la próxima vez que camine sobre esa preciosa hierba verde.

[Nota]

[Ilustración de la página 19]

¿Cómo hizo crecer a este árbol la fotosíntesis?

[Ilustración de la página 22]

Diagrama 5

[Ilustraciones de la página 20]

Diagrama 1

Diagrama 2

[Ilustraciones de la página 21]

Diagrama 3

Diagrama 4

[Reconocimiento de la página 18]

Foto interior: Colorpix, Godo-Foto