Un fotón es todo lo que se necesita para iniciar la fotosíntesis

Bruno I. Scollo

Para la fotosíntesis, un fotón es todo lo que se necesita.      

Solo se requiere una sola partícula de luz para desencadenar los primeros pasos del proceso biológico que convierte la luz en energía química, informan los científicos el 14 de junio en Nature.

Si bien los científicos han asumido durante mucho tiempo que las reacciones de la fotosíntesis comienzan con la absorción de un solo fotón, eso aún no se había demostrado, dice el químico físico Graham Fleming, de la Universidad de California, Berkeley. Él y sus colegas decidieron que "simplemente miraríamos para ver si era realmente cierto que un fotón fue suficiente para comenzar todo".

La luz del sol que cae sobre la superficie de la Tierra parece brillante a los ojos humanos. Pero a pequeña escala, eso se traduce en un goteo de fotones. Solo unas pocas decenas de fotones de las longitudes de onda apropiadas de la luz solar caen en un nanómetro cuadrado por segundo, la escala de las diminutas moléculas de clorofila y bacterioclorofila que son fundamentales para la fotosíntesis en plantas y bacterias.

Muchos experimentos de laboratorio sobre la fotosíntesis utilizan láseres, fuentes de luz mucho más potentes, para iniciar las reacciones. En cambio, Graham y sus colegas usaron una fuente de luz que produce solo dos fotones a la vez. Un fotón sirvió como heraldo y se dirigió a un detector para que los investigadores supieran cuándo se liberaron dos fotones. El otro fotón entró en una solución que contenía estructuras absorbentes de fotones de la bacteria fotosintética Rhodobacter sphaeroides. Estas estructuras, llamadas complejos de captación de luz 2, o LH2, están formadas por dos anillos de bacterioclorofila y otras moléculas.

En una reacción de fotosíntesis normal, LH2 absorbe un fotón y pasa su energía a otro complejo LH2, y luego a otro, como un juego de patata caliente. Eventualmente, la energía llega a otro tipo de anillo, llamado complejo de recolección de luz 1, o LH1, que luego la pasa al centro de reacción donde la energía finalmente se convierte en una forma que la bacteria puede usar.

En el experimento, no había LH1, por lo que LH2 emitió un fotón de una longitud de onda diferente a la primera, una señal de que la energía había sido transferida desde el primer anillo de LH2 al segundo, un primer paso de la fotosíntesis. Los investigadores detectaron ese segundo fotón y, al comparar los tiempos de detección con los de los fotones heraldo iniciales, confirmaron que el LH2 necesitaba absorber solo un fotón para comenzar.

Las plantas y las bacterias usan diferentes procesos para la fotosíntesis, pero los pasos iniciales son lo suficientemente similares como para que en las plantas también un solo fotón desencadene los pasos iniciales, dice Fleming. Sin embargo, en las plantas, se necesitan múltiples fotones absorbidos de forma independiente para completar la reacción.

El papel de los fotones individuales no es sorprendente, dice el bioquímico Richard Cogdell de la Universidad de Glasgow en Escocia. Lo importante que han hecho los investigadores, dice, es demostrar la nueva técnica. “Al hacer esto, puedes cuestionar esencialmente lo que sucederá en la naturaleza”, dice.  

Algunos científicos sospechan que la fotosíntesis se basa en la física cuántica. Si bien no está claro si la nueva técnica podría resolver el papel de los efectos cuánticos, podría ayudar a los científicos a desentrañar los efectos naturales de los artefactos del uso de fuentes intensas de luz en los estudios de fotosíntesis.

"Realmente puedes averiguar lo que está sucediendo en las primeras reacciones de la fotosíntesis como si estuviera afuera", dice Cogdell, "[como si] pudieras encogerte y ver cómo se mueven estos fotones".

Fuente: https://www.sciencenews.org/article/one-photon-photosynthesis-light