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Los científicos descubren un nuevo tipo de fotosíntesis

Sci Tech Daily


Colonia de células tipo Chroococcidiopsis donde los diferentes colores representan la fotosíntesis impulsada por la clorofila-a (magenta) y la clorofila-f (amarilla). Crédito de la imagen: Dennis Nuernberg

Por Hayley Dunning, IMPERIAL COLLEGE LONDRES para Sci Tech Daily Junio 16 de 2018

El descubrimiento cambia nuestra comprensión del mecanismo básico de la fotosíntesis y debería reescribir los libros de texto. También adaptará la forma en que buscamos vida extraterrestre y brindará información sobre cómo podríamos diseñar cultivos más eficientes que aprovechen las longitudes de onda de luz más largas.

El descubrimiento, publicado hoy en Science, fue dirigido por el Imperial College London, con el apoyo del BBSRC, e involucró a grupos de la ANU en Canberra, el CNRS en París y Saclay y el CNR en Milán.

La gran mayoría de la vida en la Tierra usa luz roja visible en el proceso de fotosíntesis, pero el nuevo tipo usa luz cercana al infrarrojo. Se detectó en una amplia variedad de cianobacterias (algas verdeazuladas) cuando crecen en luz infrarroja cercana, se encuentran en condiciones de sombra como las esteras bacterianas en Yellowstone y en las rocas de la playa en Australia.

Como los científicos ya han descubierto, también ocurre en un armario equipado con LED infrarrojos en el Imperial College de Londres.

Fotosíntesis más allá del límite rojo

El tipo estándar, casi universal de fotosíntesis usa el pigmento verde, clorofila-a, tanto para recolectar luz como para usar su energía para hacer bioquímicos y oxígeno útiles. La forma en que la clorofila-a absorbe la luz significa que solo la energía de la luz roja puede usarse para la fotosíntesis.

Dado que la clorofila-a está presente en todas las plantas, algas y cianobacterias que conocemos, se consideró que la energía de la luz roja establece el "límite rojo" para la fotosíntesis; es decir, la cantidad mínima de energía necesaria para realizar la exigente química que produce oxígeno. El límite rojo se usa en astrobiología para juzgar si la vida compleja podría haber evolucionado en planetas de otros sistemas solares.


Sección transversal de la roca de la playa (Heron Island, Australia) que muestra cianobacterias que contienen clorofila-F (banda verde) que crecen en las profundidades de la roca, varios milímetros debajo de la superficie. Dennis Nuernberg

Sin embargo, cuando algunas cianobacterias crecen bajo luz infrarroja cercana, los sistemas estándar que contienen clorofila-a se cierran y diferentes sistemas que contienen un tipo diferente de clorofila, clorofila-f, toman el control.

Hasta ahora, se pensaba que la clorofila-f acaba de cosechar la luz. La nueva investigación muestra que, en cambio, la clorofila-f juega un papel clave en la fotosíntesis bajo condiciones de sombra, utilizando luz infrarroja de baja energía para hacer la química compleja. Esta es la fotosíntesis 'más allá del límite rojo'.

El investigador principal, el profesor Bill Rutherford, del Departamento de Ciencias de la Vida de Imperial, dijo: "La nueva forma de fotosíntesis nos hizo repensar lo que pensamos que era posible. También cambia la forma en que entendemos los eventos clave en el corazón de la fotosíntesis estándar. Esto es un libro de texto que cambia cosas ".

Previniendo daño por la luz

Otra cianobacteria, Acaryochloris, ya se sabe que hace la fotosíntesis más allá del límite rojo. Sin embargo, debido a que ocurre solo en esta especie, con un hábitat muy específico, se la ha considerado una 'excepción'. Acaryochloris vive debajo de un chorro de mar verde que apaga la mayor parte de la luz visible y deja solo el infrarrojo cercano.

La fotosíntesis basada en clorofila-f reportada hoy representa un tercer tipo de fotosíntesis que está muy extendida. Sin embargo, solo se usa en condiciones sombreadas ricas en infrarrojos especiales; en condiciones de luz normales, se usa la forma roja estándar de la fotosíntesis.

Se pensó que el daño a la luz sería más severo más allá del límite rojo, pero el nuevo estudio muestra que no es un problema en entornos estables y sombreados.

La coautora Dra. Andrea Fantuzzi, del Departamento de Ciencias de la Vida de Imperial, dijo: "Encontrar un tipo de fotosíntesis que funcione más allá del límite rojo cambia nuestra comprensión de los requisitos energéticos de la fotosíntesis. Esto proporciona información sobre el uso de la energía lumínica y sobre los mecanismos que protegen los sistemas contra el daño por la luz ".

Estas ideas podrían ser útiles para los investigadores que intentan diseñar cultivos para realizar una fotosíntesis más eficiente mediante el uso de un rango más amplio de luz. Cómo estas cianobacterias se protegen del daño causado por las variaciones en el brillo de la luz podría ayudar a los investigadores a descubrir lo que es factible de diseñar en las plantas de cultivo.

Ideas para cambiar los libros de texto

Se pudieron ver más detalles en los nuevos sistemas que nunca antes se habían visto en los sistemas estándar de clorofila-a. Las clorofilas a menudo denominadas clorofilas "accesorias" en realidad estaban realizando el paso químico crucial, en lugar del "par especial" de clorofilas de los libros de texto en el centro del complejo.

Esto indica que este patrón se mantiene para los otros tipos de fotosíntesis, lo que cambiaría la vista del libro de texto de cómo funciona la forma dominante de fotosíntesis.

El Dr. Dennis Nürnberg, el primer autor e iniciador del estudio, dijo: "No esperaba que mi interés en las cianobacterias y sus diversos estilos de vida se convirtiera en un gran cambio en la forma en que entendemos la fotosíntesis. Es sorprendente lo que todavía hay en la naturaleza esperando ser descubierto ".

Peter Burlinson, director de biociencias de frontera en BBSRC - UKRI dice: "Este es un descubrimiento importante en la fotosíntesis, un proceso que juega un papel crucial en la biología de los cultivos que alimentan al mundo. Descubrimientos como este traspasan los límites de nuestra comprensión de la vida y el profesor Bill Rutherford y el equipo de Imperial deben ser felicitados por revelar una nueva perspectiva sobre un proceso tan fundamental ".


Publicación: Dennis J. Nürnberg, et al., "La fotoquímica más allá del límite rojo en los fotosistemas que contienen clorofila f", Science, 15 de junio de 2018: vol. 360, Issue 6394, pp. 1210-1213; DOI: 10.1126 / science.aar8313

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