A evolução da fotossíntese e aquela estranha lacuna que podemos explorar hoje. A análise aprofundada de Luca Longo
No artigo anterior , descobrimos por que as folhas são verdes.
Nesse ponto, surge a pergunta: se todas as plantas superiores (chamadas, na verdade, de plantas verdes) captam apenas a luz vermelha e azul, porque não são capazes de usar a parte do espectro solar na área amarela e verde que além disso, é também o mais suculento, ou seja, onde está a emissão solar máxima?
(Entre parênteses: isso explica porque vemos o Sol amarelo: a maior parte da luz que ele emite e chega sob a atmosfera é composta de fótons desse comprimento de onda!)
Estávamos dizendo, por que ninguém usa a parte amarela – a mais intensa – do espectro solar?
É uma longa história. Na verdade: é uma história muito antiga.
Quando se formaram os primeiros mecanismos produzidos pela mistura aleatória das moléculas presentes nas poças da superfície da Terra primordial, alguns deles se desenvolveram a ponto de poderem realizar uma primeira fotossíntese rudimentar. Eram bactérias aquáticas microscópicas, algumas das quais ainda existem hoje. Um deles, o halobacterium halobium, sobrevive em águas muito salgadas.
Este utiliza um pigmento, denominado bacteriorhodopsina, capaz de realizar uma espécie de fotossíntese não tão eficiente, mas, no entanto, suficiente para que ela escape impunemente. Bacteriorhodopsina funciona muito bem com a zona verde-amarela do espectro solar. Vamos manter isso em mente porque vamos precisar disso mais tarde.
É provável que a primeira bactéria capaz de sintetizar a bacteriorodopsina – ou um pigmento muito semelhante – dentro delas se encontrasse em vantagem sobre todas as outras que precisavam se safar apenas com o calor. Na verdade, graças ao segredo da bacteriorhodopsina, eles se sentiram um pouco como se tivessem inventado a bicicleta em um mundo onde todas as outras bactérias tinham que andar. Essas bactérias se soltaram e rapidamente cobriram todas as áreas utilizáveis da superfície do planeta, onde poderiam receber toda a luz que desejassem. Naquele mundo, cerca de 3,5 bilhões de anos atrás – dias a mais – eles se tornaram a espécie dominante.
Especificamos: eles absorvem luz para obter energia e produzir enxofre e sulfatos. Ninguém ainda havia aprendido como usar o dióxido de carbono para produzir oxigênio. Não precisava ser um planeta muito confortável …
O infortúnio deles foi que, por baixo – mas logo abaixo, isto é, sob a superfície onde estavam aquelas bactérias fotossintéticas primordiais – outra série de mecanismos também se organizou para explorar a luz solar, mas, à sombra da camada daquelas primeiras bactérias fotossintéticas , ele tinha que se contentar apenas com a parte da luz que permanecia depois que as primeiras bactérias gananciosas na superfície haviam absorvido toda a luz na zona amarela e verde. Para isso, os últimos inventaram um mecanismo capaz de explorar as áreas mais externas do espectro solar visível. Foram precisamente as cianobactérias: os primeiros seres vivos capazes de fazer a fotossíntese como a conhecemos, a partir da clorofila A e da clorofila B etc. etc. A beleza era que essa nova fotossíntese 2.0 era enormemente mais eficiente do que a anterior. Portanto, é como se esses últimos organismos "verdes" tivessem se encontrado a bordo de uma fórmula um, enquanto os organismos que haviam dominado o planeta até então ainda estavam em bicicletas.
Neste ponto – primeiro cianobactérias há 2,7 bilhões de anos, depois as algas vermelhas e marrons há um bilhão e duzentos milhões de anos, depois as algas verdes há 750 milhões de anos e finalmente as plantas verdes há 475 milhões de anos – foram desencadeadas e praticamente eliminadas por substâncias naturais competição todos os organismos capazes de fazer a fotossíntese à maneira antiga. Por isso, hoje os últimos espécimes de organismos capazes de fazer esse tipo de fotossíntese encontram-se em nichos ecológicos onde as plantas verdes nem se dão ao trabalho de ir, como as águas muito salgadas ou as profundezas dos oceanos.
Mas e o desenvolvimento das plantas terrestres? Por que eles permaneceram verdes? Por que nenhuma planta aprendeu a criar uma nova fotossíntese (3.0) capaz de explorar a luz verde-amarela que praticamente ninguém usa há 2,5 bilhões de anos?
Acredita-se que os organismos fotossintéticos não sintam pressão seletiva para levá-los a desenvolver uma maneira mais eficiente de usar a luz. Na prática, com toda a luz solar disponível (e uma atmosfera muito mais limpa e transparente que a primordial) a quantidade de luz que as plantas são capazes de converter em energia já é mais que suficiente. Basicamente, a luz não é o recurso limitante na fotossíntese das plantas.
Na verdade, a quantidade de energia solar captada pela fotossíntese é imensa, da ordem de 130 TW / a (teraWatt por ano), que é apenas 0,01% dos 122.000 TW / a contidos no fluxo de energia solar que chega à Terra. , mas que também é oito vezes mais do que toda a civilização humana consome atualmente: cerca de 16 TW por ano.
A fotossíntese não é apenas o principal método de produção de energia à disposição dos organismos terrestres vivos, mas também sua principal fonte de carbono para a construção de compostos orgânicos: a cada ano, a fotossíntese transforma cerca de 115 bilhões de quilos de carbono em biomassa, retirando-os de lá. dióxido de carbono atmosférico.
Se as plantas não precisam de mais energia do que já conseguem do sol, isso também não é verdade para os humanos. Ao contrário das plantas, estamos constantemente em busca de energia e – acima de tudo – de fontes de energia que não prejudiquem muito o nosso planeta.
No Centro de Pesquisa Eni para Energias Renováveis e Meio Ambiente, foi inventada uma tecnologia para produzir eletricidade do Sol sem interferir na fotossíntese e sem combinar desastres no planeta. Estes são os concentradores solares luminescentes (LSC) de que já falamos aqui.
LSCs baseados em placas vermelhas são capazes de capturar luz na região do espectro correspondente ao amarelo e reemitir em vermelho no comprimento de onda ideal para plantas. Os primeiros estudos preliminares confirmam que a presença de LSC protege as plantas da radiação solar que não podem utilizar e favorece o seu crescimento ao aumentar a intensidade da luz na região do espectro solar a que são mais sensíveis.
Na prática, se uma planta é protegida por um LSC vermelho, o que a placa LSC vai absorver será usado para produzir eletricidade, mas a placa vai converter grande parte da radiação que não usa em luz vermelha que é exatamente o que a planta é ganancioso. Se olharmos para a planta através da placa LSC, veremos que as folhas aparecem completamente pretas, porque quase nenhum fóton do Sol pode cruzar a placa e ao mesmo tempo não ser absorvido pelas folhas, mas voltar para os nossos olhos.
Desta forma, estufas para plantas, fotobiorreatores para algas, campos cultivados podem ser construídos na mesma superfície de terra – ou mais simplesmente, prados, bosques e florestas podem crescer – mas ao mesmo tempo pode ser produzida eletricidade.
Graças à pesquisa, podemos preencher uma lacuna que a natureza não foi capaz de preencher em dois bilhões e meio de anos. E fale pouco!
Dados para ambos os artigos retirados de:
“O processo fotossintético”. Whitmarsh J, Govindjee Concepts in photobiology: photosynthesis and photomorphogenesis. Boston: Kluwer Academic Publishers. (1999)
“Vida: passado, presente e futuro”. Nealson KH, Conrad PG, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series B. 354 (1392): 1923–39. (1999)
"Desenvolvimento sustentável e inovação no setor de energia" Steger U, Achterberg W, Blok K, Bode H, Frenz W, Gather C, Hanekamp G, Imboden D, Jahnke M, Kost M, Kurz R, Nutzinger HG, Ziesemer T (2005 )
"Consumo mundial de energia primária por tipo de energia e grupos de países selecionados". Administração de informações de energia. 2016
Artigo retirado de soundcloud.com
Esta é uma tradução automática de uma publicação publicada em Start Magazine na URL https://www.startmag.it/energia/perche-le-foglie-sono-verdi-ecco-come-avviene-la-fotosintesi/ em Sun, 07 Mar 2021 07:03:11 +0000.