El proceso que nos proporciona alimento sin darnos cuenta: La fotosíntesis

En la naturaleza observamos directamente los frutos en las plantas, que posteriormente cosechamos y hasta procesamos para su conservación y consumo, pero en realidad nos hemos preguntado ¿qué proceso fundamental se oculta detrás de esa generación de frutos útiles para el consumo humano? Sin lugar a dudas que de alguna manera deben de existir muchos procesos detrás de este gran recurso, pero sin lugar a dudas existe uno que la ciencia lo ha explicado muy bien, y que nos lo ha dado a conocer mediante la biología, y no es más que el de la fotosíntesis, ¿qué pasaría realmente en nuestro entorno si no existiera fotosíntesis?, todas estas preguntas las tratare de abordar mediante este artículo, y junto a todas estas interrogantes elaborar un exhaustivo análisis de los beneficios que obtendremos si todos entendiéramos a cabalidad este proceso.

Tratando de analizar algunos aspectos que dan lugar a un entorno viable mediante la fotosíntesis

Podemos observar y analizar constantemente, que el mundo vive una complicada trama, en la que todo cambia a cada momento, todos estos cambios afectan muchos factores de manera favorable y desfavorable, sin embargo muchos procesos que se ejecutan dentro de nuestra noble naturaleza gozan de una gran estabilidad, esta estabilidad se debe gracias a la forma en la que se han logrado reutilizar algunos materiales, ahora bien este ciclo de reutilización de cierta materia natural que se da dentro de nuestro planeta no sería posible sin la existencia de una fuente externa de energía, para nuestros procesos existenciales de vida dentro del planeta gracias a Dios que contamos con la energía que nos suministra el Sol, donde gracias a la continua actividad termonuclear, es decir a la actividad interna que se de en el sol se pueden emitir radiaciones electromagnéticas, entre las que se destacan las que le dan vida al planeta.

A pesar de todo lo importante de la energía solar para la vida en nuestro planeta es necesario entender que , aunque la energía proveniente del sol es muy abundante, no puede ser utilizada directamente por cualquier tipo de organismo, ni siquiera por cualquier tipo de célula.

¿Quiénes son entonces los organismos aptos para sacar provecho de esta energía, y bajo qué condiciones?

Sólo las células especializadas son las que pueden aprovechar y sintetizar esa energía solar, tal es el caso de las células con cloroplastos de los vegetales, o algunas procariotas como cianofíceas y fotobacterias, el proceso de estas células para sintetizar la materia orgánica es mediante la observación de la energía solar. Es mediante esta capacidad de algunos organismos de transformar la energía solar en alimento que llegamos al punto de poder decir que los estudios hechos por la ciencia para estudiar este proceso hacen que lo denominaron fotosíntesis.

Análisis de algunos estudios y experimentos sobre procesos de fotosíntesis

En el siglo XVIII, Priestley observaba que un animal y una planta encerrados juntos bajo una campana de cristal podían sobrevivir durante largo tiempo. Por el contrario, encerrados separadamente, el animal moría. Todo esto hizo que Priestley dedujera que probablemente la planta era capaz de transformar el aire "viciado" producido por el animal en aire "puro". Todo este experimento se realizó a la sombra de cualquier demostración solo fue análisis observables de lo que pasaba cuando estaban encerrados el animal y la planta, y lo que ocurría después que se separaban, por lo que se presumía que la planta purificaba el aire y por eso el animal cuando estaba con la planta no moría. Posteriormente ya para el siglo XIX, se demostró que las plantas absorbían agua y dióxido de carbono (CO2), y que las plantas expuestas a la luz, producían materia orgánica y desprendían oxígeno.

Por lo que podemos concluir que mediante este proceso llamado fotosíntesis no solo tenemos frutos en las plantas que posteriormente será nuestro alimento, sino que la fotosíntesis en su proceso de absorción de agua y dióxido de carbono logra liberar mediante una reacción química el oxígeno, tan importante para la vida humana y biológica en nuestro planeta, aparte de esto gracias a este proceso las plantas nos liberan del exceso de dióxido de carbono en la atmósfera que resulta tan perjudicial para la salud humana y proporciona un elemento clave para el cambio climático y la generación de gases de efecto invernadero.

Todo esto me lleva a pensar que el poder estudiar y entender el proceso de fotosíntesis es una temática que debe de trascender los horizontes y límites de la ciencia, ya que de nada nos sirve que esta información se encuentra encapsulada para unos pocos, necesario es que se explique en nuestro niveles educativos pero con un enfoque entendible y humanista.

Analicemos la ecuación general de la fotosíntesis, y también algunos procesos ocurridos dentro de la fotosíntesis

Primero que nada ya a estas alturas en la lectura de esta publicación tenemos que tener claro que uno de los actores protagonistas en el proceso de la fotosíntesis es la planta, ya que prácticamente la planta funciona como un laboratorio donde se toman ciertos elementos para alimentarse, en este caso los elementos que toma la planta es energía solar, dióxido de carbono y agua, con el que posteriormente produce glucosa para poder alimentarse y dar frutos, y libera oxígeno puro a la atmósfera.

Como podemos analizar la naturaleza es perfecta, ya que en ese proceso de fotosíntesis al existir todos los elementos antes nombrados nada falla, lo que necesitamos es tener plantas en nuestro planeta para que con el proceso de la fotosíntesis podamos obtener alimento y oxígeno tan necesarios para la vida.

Otro punto que quiero explicar es el del balanceo de la ecuación general de la fotosíntesis, ya que cualquiera que ve esta ecuación puede pensar que si las plantas toman energía solar, dióxido de carbono y agua, por qué toma esos números que no corresponden al dióxido de carbono ni el agua.

• Primero que todo recordemos que para la fotosíntesis las plantas toman dióxido de carbono y agua.

Luego la luz del sol interactúa con la planta, donde las ondas luminosas se comportan como partículas que se desplazan por el espacio. Estas partículas virtuales reciben el nombre de fotones. Cada fotón tiene una energía que varía de forma inversamente proporcional a la longitud de onda. Cuando un fotón choca con un electrón, puede ocurrir que este último se vea desplazado de su órbita. El electrón ha absorbido al fotón con su energía y ha pasado a un estado normal o de reposo, emitiendo un nuevo fotón.

La clorofila que es un elemento encontrado en la plantas está formado por moléculas extraordinariamente receptivas, con electrones que pueden pasar fácilmente al estado excitado, tanto por fotones de larga como de corta longitud de onda. Las longitudes intermedias, que corresponden al color verde, no son absorbidas por la clorofila sino reflejadas, lo que le da su color característico.

En este proceso de absorción de la luz solar tenemos que nombrar a los cloroplastos, estos son los orgánulos característicos de las células vegetales. En ellos está presente la clorofila, que realiza la fotosíntesis. La clorofila no se encuentra en forma de moléculas aisladas y dispersas, sino que estas se encuentran reunidas en paquetes. Éstos cumplen la función de concentrar la energía luminosa, de forma que la excitación provocada en numerosas moléculas se hallan unidas a un sistema enzimático adecuado y así se posibilita un rendimiento máximo, independientemente de la variación aleatoria de los fotones recibidos.

Fuente de imagen: Wikimedia Commons. Dominio Público

Ahora bien tratemos de ordenar las ideas antes de avanzar en estos elementos que interactúan en este hermoso proceso, ya vimos en resumidas cuentas que la planta aprovecha la luz solar valiéndose de la clorofila encontrada en los cloroplastos, pero todavía falta un protagonista en este proceso, y es el agua el que ocupa también un papel preponderante en las funciones vitales del proceso de la fotosíntesis, el agua actúa de diferentes formas en este proceso, uno de ellos es que actúa como medio disolvente en el que ocurren la mayoría de las reacciones químicas involucradas en este proceso de la fotosíntesis. El agua también ocupa un papel muy destacado que es el de intervenir como uno de los principales reactivos en este proceso.

Más claramente hablando, en la fotosíntesis el agua se descompone en sus dos elementos básicos: Hidrógeno y oxígeno. La energía luminosa que se concentró en la clorofila es utilizada para arrancar electrones de los iones OH, lo que provoca que reaccionen entre sí dando nuevamente agua y desprendiendo oxígeno atómico.

En forma resumida puedo explicar esto así: "***La energía luminosa almacenada en la clorofila sirve para que mediante una reacción química se pueda generar agua y desprender oxígeno". Lo que refiere a la reacción química se da de la siguiente manera:

De esta reacción surge otra fase o etapa, donde la planta puede reducir el CO2. Los protones producidos en esta reacción son bombeados activamente al exterior de la membrana, donde serán utilizados posteriormente para la reducción del CO2. Al mismo tiempo como subproducto generado de esta reacción se obtiene oxígeno, el cual es expulsado hacia el exterior de la planta, y es en la atmósfera donde lo podemos encontrar.

La manera en la que se incorpora el CO2 presente en la atmósfera a la planta es equivalente a una reacción de reducción. Uno de los enlaces del carbono con el oxígeno es sustituido por un enlace con otro de carbono. Esta reacción se da lugar en los cloroplastos de la planta, donde se ha ido acumulando por la acción fotoquímica de la clorofila, está reacción es muy distinta a la que se da con el agua, ya que esta reacción del CO2 no necesita de la acción de la luz solar, al menos no directamente., ya que la reacción que se da con el CO2 es una reacción netamente química donde existen intercambios de electrones, tomando en cuenta que las sustancias que intervienen en este proceso sí han sido producidas por acción de la luz. Veamos de qué manera se da esta reacción:

• Una vez que la planta ha tomado todos los elementos necesarios para que se dé el proceso de la fotosíntesis se genera el siguiente subproducto:

El análisis acerca del producto del que se nutre la planta (dióxido de carbono y agua) y del subproducto que genera mediante la fotosíntesis (glucosa y oxígeno), nos da a pensar que la ecuación general de la fotosíntesis debiera de ser:

Ahora bien yo analizo este caso para responder de que realmente esta no puede ser la ecuación general de la fotosíntesis ya que si tomamos en cuenta de que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma en otras formas de energía, entonces se tiene que cumplir la ley de balance de materia, es decir lo que entra a un sistema tiene que ser exactamente igual al que sale, y esa ecuación que yo plantee como la ecuación general de la fotosíntesis existe un desbalance de materia.

Del lado del producto consumido por la planta (dióxido de carbono + agua) , solo se cuenta con un solo átomo de carbono, mientras que en el subproducto generado por la planta (glucosa + oxigeno) se encuentran 6 átomos de carbono, por lo que hay que balancear la ecuación, agregándole un 6 delante del átomo de carbono del producto tomado por la planta, con el que quedaría así:

, sin embargo nos damos cuenta que del lado del subproducto generado por la planta existen 12 átomos de hidrogeno pertenecientes a la glucosa , por lo que hay que balancear esta parte agregando un 6 delante de los dos átomos de hidrogeno, quedándonos de la siguiente manera:

Ya con esto podemos garantizar que la misma cantidad de carbono e hidrógeno presentes en producto y subproducto son las mismas, sin embargo podemos ver que del lado del subproducto existen 8 átomos de oxígeno , mientras que en el producto se encuentran 18 átomos de oxigeno , por lo que hay que balancear la ecuación agregando un 6 delante del , con lo que la ecuación general de la fotosíntesis nos quedaría como la planteada al inicio del artículo:

Conclusiones

1. Una vez estudiado y analizado por completo el proceso de fotosíntesis podemos concluir que en este proceso se dan dos reacciones, una en la que se incrementa el poder de reducir necesitando la luz solar, y la otra reacción que también es redactora del CO2 en las que no interviene directamente la luz. Por lo que se puede decir que en la fotosíntesis existe una fase luminosa y otra fase oscura.

2. Para mi modo de entender este proceso, es muy importante que entendamos los elementos necesario que se tienen que conjugar para que exista fotosíntesis, ya que de lo contrario no se podría sacar provecho de los elementos favorables que surgen de la finalización de este proceso, como la liberación de oxígeno, la reducción del dióxido de carbono, producción de alimentos a través de la producción agrícola, es por ello que en cada plantación tiene que existir agua y luz solar para que el resto lo haga la planta como un hermoso laboratorio teniendo como maquinaria generadora a la fotosíntesis.

3. Espero que este artículo con características descriptivas y de análisis pueda servir como fuente de reflexión para impulsar la propagación de la enseñanza de la fotosíntesis bajo un modelo ambientalista, donde la manera sustentable en la explotación de recursos sea la prioridad una vez sea entendido todo este proceso.

Bibliografía consultada

• Ciencias naturales. Programa Educativo temático. Josep Lluís Hernández. Edición Lluís D. Gil. España 1999.