¿Cómo captan luz las plantas?

Las primeras células fotovoltaicas no tenían utilidad: el coste de producir electricidad con luz solar era demasiado elevado. La necesidad de emplearlas en los satélites las rescató del olvido; y tanto éxito tuvieron sus diseñadores que, en 2015, ya hay instalados en el mundo doscientos treinta gigavatios de potencia fotovoltaica, que cubren el uno por ciento de la demanda mundial de electricidad. Admiraba la manufactura de las células de silicio que constituyen los paneles solares fotovoltaicos cuando, al fijar la vista en el césped, me di cuenta que los vegetales efectúan la misma labor.

El mecanismo que usan los vegetales para conseguir la energía necesaria para vivir (tres mil trillones de julios anuales) es una maravilla ingenieril que hemos llamado fotosíntesis: consta de unas antenas captadoras de la energía de la luz, un centro de reacción y un canal que conduce la energía de unas al otro. Las plantas reflejan los fotones verdes de la luz visible, lo que significa que absorben los fotones azules y rojos; una labor que ejecutan varios tipos de antenas: el pigmento clorofila capta la energía de los fotones azules y rojos, los pigmentos carotenoides absorben la energía de fotones azules ligeramente distintos. Como al centro de reacción sólo le valen los fotones rojos, los pigmentos convierten la energía elevada del fotón azul en la energía menor del fotón rojo (como hacen los transformadores eléctricos, que convierten cientos de miles de voltios, primero en decenas de miles, y después en los doscientos veinte de nuestros hogares). La molécula de clorofila usa la energía de la luz absorbida para mover sus electrones externos, que pasan a una molécula adyacente, después a otra y así sucesivamente; el conjunto constituye una cadena de transporte de electrones similar a una corriente eléctrica; y los electrones que cedió la clorofila son repuestos mediante la rotura de moléculas de agua, proceso en el cual se genera el oxígeno de la atmósfera.

En el centro de reacción, la energía transportada por los electrones se emplea para sintetizar dos compuestos (su nombre, ATP y NADPH, no importa) imprescindibles para sintetizar los exquisitos azúcares de las plantas. Cabe destacar que el centro de reacción emprende reacciones químicas sólo si recibe una cantidad mínima de energía: ocho fotones de luz roja se requieren para fijar una molécula de dióxido de carbono y formar una molécula del imprescindible oxígeno.

¿Existe el yeti?

El pensamiento arcaico mesopotámico concebía la historia humana como el resultado de conflictos divinos. La guerra de una ciudad contra otra era una pugna entre sus dueños, los dioses. Cuando las hordas elamitas asolaron Ur, los sufridos urbanitas no tuvieron que buscar razones políticas o económicas para entender la destrucción de su urbe; la explicación era otra: la asamblea de los dioses, que rige el destino del universo, había causado el estropicio. Hace ya más de dos milenios, por vez primera, algunos individuos tuvieron una idea revolucionaria: pretendieron entender los sucesos naturales sin recurrir ni a los mitos ni a los dioses; pensaron que podían explicar los procesos de la naturaleza con el único auxilio de la razón y la experiencia: en eso estamos.

¿Existe el yeti? Haré la pregunta de una manera científica. ¿Existe alguna prueba incontestable que nos permita concluir que existe el abominable hombre de las nieves? No, la contestación es breve y rotunda. Los crédulos sólo cuentan con relatos inventados; historias que describen al yeti como un simio gigante bípedo localizado en los bosques del Himalaya. El escritor hace un breve inciso para aclarar que estima posible que el bicho visto entre brumas podría ser un oso pardo tibetano. Descartado un abominable hombre de las nieves vagando por las montañas; puedo asegurar que un simio gigantesco existió y que un antepasado nuestro debió haberlo conocido… hace cien mil años. En el año 1935, el paleontólogo Ralph von Koenigswald halló un fósil; su análisis no dejó alguna duda: había descubierto una especie de simio gigante. La bautizaron Gigantophitecus, no podían nombrarla de otra manera pues, con tres metros de altura y de trescientos a quinientos kilos peso, tenía dos o tres veces el tamaño de un gorila. El primate más grande que vivió en el planeta, un herbívoro cuya dieta se asemejaba a la de los orangutanes, sus parientes vivos más cercanos, vivió desde hace un millón de años hasta hace cien mil, en India y China; cabe pensar que allí habría convivido con nuestros antecesores Homo erectus. Suponemos que las razones principales de su extinción fueron los cambios climáticos; durante la última glaciación disminuyó la extensión de los bosques en los que vivían y, por lo tanto, se redujo la disponibilidad de su alimento.

Ya que no en el presente, espero que la existencia del yeti en el pasado haya consolado a los supersticiosos.

¿Por qué el agua es azul?

            ¡Mea culpa! Me cuesta reconocer que ignoro la causa de un fenómeno cotidiano. El agua y el hielo tienen un hermoso color azul que se aprecia claramente que en los lagos de montaña, en las playas de arenas blancas y en las heladas  cuevas de los glaciares. Creía que el azul del mar se debía al cielo. ¡Erraba! El azul del océano -¡que nadie se deje confundir por las tonalidades verdes que producen las algas!- no se debe a la dispersión de la luz que vuelve azul al cielo, ni a impurezas disueltas, ni al fondo marino. El color del agua es el único caso en la naturaleza de un color causado por cambios en la manera de vibrar las moléculas. La absorción y emisión de luz por los electrones de los átomos es la causa de la mayoría de los colores naturales; el agua constituye la excepción, pues la luz logra que una molécula cambie su manera de vibrar.

El agua pesada (agua, cuyos dos átomos de hidrógeno son reemplazados por átomos de deuterio, el hidrógeno con un neutrón extra) es incolora -como le sucede a la mayoría de las moléculas presentes en la naturaleza- porque requiere poca energía para cambiar las vibraciones de sus moléculas; le llega con absorber rayos infrarrojos, de menor energía que la luz visible. El observador advierte que la frecuencia (y la energía) de una cuerda vibrante aumenta cuando la masa disminuye y la tensión crece; ocurre lo mismo con las vibraciones de las moléculas: aumenta la frecuencia (y la energía) si los átomos (el hidrógeno) son ligeros y la unión (entre el hidrógeno y el oxígeno del agua) es fuerte. Por todo ello las moléculas de agua absorben luz roja y naranja, de mayor energía que los rayos infrarrojos; y, en consecuencia, el espectador ve al agua azul.

Argüía que las moléculas de agua absorben energía de la luz visible para cambiar su manera de vibrar. Lo aclaro. Una misma nota, “mi” por ejemplo, suena distinto en una flauta que en un violín; el efecto se debe a los armónicos que acompañan a la frecuencia fundamental; la misma nota, tocada en distintos instrumentos, presenta diferentes armónicos que tienen una energía ligeramente diferente. Sucede algo similar en las moléculas; absorben energía de la luz y cambian sus armónicos: modifican su manera de vibrar.

Eutrofización

A quienes, como a mí, les entusiasma nadar en el mar, les desagradarán las fotos que muestran a una multitud bañándose en playas repletas de algas: ni la arena, ni el agua se ven, sólo un completo y extenso manto verde. Los biólogos conocen el fenómeno y su causa: le llaman eutrofización y es uno de los problemas más frecuente que afecta a la calidad de las aguas españolas. Se trata de una proliferación masiva de algas, algunas tóxicas, en mares, lagos o ríos. Los animales mueren o abandonan la zona debido a que la descomposición de las algas muertas consume el oxígeno disuelto en el agua; en consecuencia, se empobrece la biodiversidad, aunque aumenta la biomasa del ecosistema; en resumen, las aguas pierden transparencia y adquieren el característico color verde. El fenómeno se debe a que el ecosistema se sobrecarga de nutrientes: de nitrógeno, las aguas dulces, de fósforo, las aguas saladas; la escorrentía de las tierras agrícolas es la fuente principal del primero, los hogares y la industria, los surtidores del segundo.

            La alteración de su composición química convierte al medio acuático en inadecuado para los usos recreativos y al agua de los embalses en inaceptable para el consumo humano. Entre las consecuencias más indeseables de la eutrofización se encuentran la proliferación de cianobacterias; no se ha llamado la atención suficientemente sobre la aparición de cepas tóxicas, a pesar de que se han identificado diversas neurotoxinas y hepatotoxinas cuya toxicidad es cien veces mayor que la del cianuro; tanto es así que la aparición de cianobacterias tóxicas en las aguas continentales es un problema de igual o mayor magnitud que el de las mareas rojas en las aguas marinas. En Suramérica, concretamente, se han verificado frecuentes intoxicaciones provocadas por la aparición de toxinas de cianobacterias en la red de distribución urbana de agua potable; y en el medio rural se ha comprobado que las floraciones tóxicas coinciden con la muerte de ganado y animales silvestres. Desgraciadamente, aunque se conocen muchos factores que favorecen las floraciones, se ignoran los que provocan la aparición  de las cepas tóxicas; un fenómeno que, por si fuera poco, será más frecuente en el futuro.

En España, tenemos motivos por los que preocuparnos, el Delta del Ebro, la Albufera de Valencia, las Tablas de Daimiel, las lagunas de la Mancha y Doñana, entre otros enclaves, se hallan sometidos a un proceso de creciente eutrofización.