Las plantas: destructoras del agua

Las plantas: destructoras del agua Imagen superior: Kyle Rush, United States Botanic Garden, Washington, DC (CC).

¿Se ha puesto usted a pensar que las plantas son quizá las principales destructoras de agua que hay en la naturaleza?

En efecto: durante las complicadas reacciones químicas de la fotosíntesis, las plantas utilizan la energía de la luz solar para fabricar moléculas llamadas azúcares (o

carbohidratos), y al hacerlo desintegran moléculas de agua, partiéndolas en hidrógeno y oxígeno.

Y no sólo eso: las plantas también liberan a la atmósfera, como producto secundario de la fotosíntesis, un gas venenoso y profundamente reactivo: el oxígeno. De hecho, cuando las plantas –o sus ancestros– comenzaron a proliferar, hace millones de años, produjeron tanto oxígeno que la composición de la atmósfera cambió drásticamente, acabando con muchas especies incapaces de resistir tanto veneno. (El gran éxito de la fotosíntesis se debió a que permitía a las especies que la dominaban fabricar sus propios alimentos, a diferencia de la mayoría de los seres vivos hasta entonces, que se conformaban con vivir de las moléculas que ya existían por ahí, en la “sopa primitiva” en la que se originó la vida).

Los cambios son molestos al principio, pero luego uno se acostumbra. Una vez que los organismos sensibles al oxígeno casi desaparecieron (hoy sólo quedan algunas especies de bacterias, como las que causan el botulismo o el tétanos), la mayor parte de los seres vivos que sobrevivieron (y sus descendientes, como nosotros), y que no podemos fabricar nuestros propios alimentos por fotosíntesis, llegamos a depender precisamente de las plantas para obtenerlos. (La excepción, otra vez, son algunas bacterias, que pueden fabricar sus propios alimentos usando solamente reacciones químicas, en vez de la luz solar, como fuente de energía. Las bacterias son mucho más adaptables e ingeniosas que los demás seres vivos, y no es extraño: son también los habitantes más antiguos de nuestro planeta.)

Gracias a los estudios de varias generaciones de bioquímicos, algunos de los detalles de la fotosíntesis se conocen hoy muy bien, pero hay otros que siguen siendo misteriosos. Quizá recuerde usted que la fotosíntesis se lleva a cabo dentro de unas estructuras microscópicas dentro de las células vegetales llamadas cloroplastos. Dentro de ellos hay pequeñas torrecillas formadas por bolsitas membranosas llamadas tilacoides. Incrustadas en las paredes de estos tilacoides hay proteínas especiales, que son las encargadas de realizar la fotosíntesis.

Algunas de estas proteínas captan la luz solar, gracias a que cuentan con la famosa clorofila, sustancia responsable del color verde de las plantas. La energía de la luz, que viene en forma de fotones, sirve para desprender un electrón –esas partículas que giran alrededor del núcleo de los átomos– de la clorofila, que luego comienza a brincar de una molécula a otra en la membrana del tilacoide.

Pero la fotosíntesis es un proceso muy complejo. Su fórmula general es la siguiente: seis moléculas de agua y seis de dióxido de carbono se combinan para producir una molécula del azúcar glucosa y tres de oxígeno. Conforme la luz proporciona la energía para impulsar las reacciones, otras proteínas en la membrana del tilacoide la utilizan para tomar moléculas de dióxido de carbono y unirlas para formar glucosa. Otras proteínas toman el agua y le quitan sus hidrógenos, liberando el oxígeno sobrante a la atmósfera (por suerte para todos los seres vivos que respiramos este gas).

En febrero de 2004, apareció un artículo publicada en la prestigiosa revista científica Science –una de las dos más importantes del mundo. En él científicos del Colegio Imperial de Londres y de la Corporación de Ciencia y Tecnología de Japón describían la estructura detallada precisamente de la molécula que permite a las plantas separar el oxígeno y el hidrógeno del agua durante la fotosíntesis.

Ya se sabía que esta máquina de romper agua estaba dentro de la proteína llamada fotosistema II (los nombres bioquímicos no suelen ser muy inspirados). También se sabía que en ella había cuatro átomos del metal manganeso, junto con uno de calcio (entre muchos otros componentes).

Pero la labor de los bioquímicos es descubrir exactamente cómo funcionan las cosas. Al igual que un ingeniero al enfrentarse a una máquina diseñada por un rival, quieren entender todas sus partes y cómo están armadas, para poder así entender cómo funciona (y quizá poderlo copiar o mejorar). Así que lo que hicieron fue tomarle una foto a nivel atómico, usando rayos X.

La manera precisa en que el fotosistema II rompe la molécula de agua sigue siendo un misterio, pero gracias a que hoy se conoce su estructura detallada, se pueden plantear ya hipótesis de cómo lo logra.

¿Y esto para qué sirve, se preguntará usted? En primer lugar, para entender la naturaleza. Después de todo, la fotosíntesis es lo que permite la existencia de la mayor parte de los seres vivos. Pero hay más: una de las mejores alternativas para luchar contra la contaminación es utilizar la combustión del hidrógeno, que al “quemarse” con oxígeno produce… ¡agua! El problema es que producir hidrógeno es todavía muy caro. Quizá el mecanismo de la fotosíntesis permita, un día, fabricar hidrógeno barato y tener por fin una economía que en vez de quemar petróleo se base en el hidrógeno.

Copyright © Martín Bonfil Olivera. Publicado en Milenio Diario. Reservados todos los derechos.

Martín Bonfil Olivera

Martín Bonfil Olivera, mexicano, es químico farmacéutico biólogo y estudió la maestría en enseñanza e historia de la biología de la Facultad de Ciencias, ambas en la UNAM.

Desde 1990 se ha dedicado a la divulgación de la ciencia por escrito. Colaboró en los proyectos del museo de ciencias Universum y el Museo de la Luz, de la UNAM. Es autor de varios libros de divulgación científica y hasta 2008 fue editor de libros y del boletín El muégano divulgador.

Ha sido  profesor de la Facultad de Ciencias de la UNAM y la Escuela de Periodismo Carlos Septién García. Ha colaborado regularmente en varias revistas (Milenio, Cambio, Los universitarios) y periódicos (La Jornada, Crónica, Reforma). Actualmente escribe la columna semanal “La ciencia por gusto”, que aparece los miércoles en Milenio Diario (puede consultarse en el blog La Ciencia por Gusto), además de escribir mensualmente la columna “Ojo de mosca” para la revista ¿Cómo ves?

Ha colaborado también en el canal ForoTV y en los programas de radio Imagen en la Ciencia e Imagen Informativa, de Grupo Imagen, Hoy por hoy, de W Radio, y actualmente Ecléctico, en la estación de radio por internet Código Radio, del gobierno del DF, con cápsulas de ciencia.

En 2004 publicó el libro La ciencia por gusto, una invitación a la cultura científica (Paidós). Desde 2013 es miembro del comité editorial de la revista de divulgación científica Hypatia, del Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Morelos (CCyTEM).

En 2005 recibió la Distinción Universidad Nacional para Jóvenes Académicos en el área de Creación Artística y Extensión de la Cultura.

Ha impartido numerosos cursos de divulgación escrita en casi todos los Estados de la República Mexicana.

Sitio Web: sites.google.com/site/mbonfil/

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