¿Por qué las plantas son verdes?
Preguntamos a tres de nuestros estudiantes de la Escuela Internacional de Verano de Pregrado; Poppy Smith, Lyvy Hall y Tom Hammond, por qué las plantas son verdes.
«La respuesta corta es que las plantas nos parecen verdes porque la luz roja es la longitud de onda más útil para ellas.
La respuesta más larga se encuentra en los detalles de la fotosíntesis, el espectro electromagnético, la energía y los «pares especiales» de moléculas de clorofila en cada célula vegetal.
Las plantas pueden dividirse a grandes rasgos en cuatro componentes principales: raíces, tallo, flores y hojas. Las hojas producen la energía de la planta, o el alimento, como todos los estudiantes de GCSE saben, el proceso llamado fotosíntesis.
Las plantas (además de las algas y ciertas bacterias) absorben la luz para producir azúcares, proporcionando a la planta energía y algunos otros productos bioquímicos útiles que la planta necesita para crecer con éxito.
La luz que puede ser vista por el ojo humano (el espectro de luz visible) se compone del arco iris de colores, que se extiende desde el púrpura hasta el rojo. Los objetos son percibidos por los humanos como de color cuando el objeto refleja la luz hacia nuestros ojos. Todas las demás longitudes de onda visibles de la luz son absorbidas y sólo vemos las longitudes de onda reflejadas.
Los colores de la luz visible forman una rueda de colores. Dentro de esa rueda, el color que parece tener un objeto es el complementario al que más absorbe. Así, las plantas se ven verdes porque son las que más absorben la luz roja y la luz verde se refleja.
La luz y el espectro electromagnético
La luz visible forma parte del espectro electromagnético, el conjunto de todas las luces.
La luz viaja en ondas y, por tanto, tiene una longitud de onda, que corresponde a la distancia entre los picos de las ondas. La luz visible tiene una longitud de onda que va desde los 380 nanómetros del púrpura hasta los 730 nanómetros del rojo. Para poner esto en perspectiva, un cabello humano tiene 100.000 nanómetros de grosor.
Las longitudes de onda más cortas tienen una mayor energía, la frecuencia de la «onda» es más alta, por lo que la luz púrpura tiene más energía que la luz roja.
Cómo utilizan la luz las plantas
La fotosíntesis es esencialmente el proceso de la planta que convierte el gas atmosférico dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) en azúcares simples, produciendo oxígeno (O2) como subproducto. Para ello, necesita energía y la obtiene de la luz que absorbe.
Al absorber la luz, el objeto también absorbe parte de la energía que transporta la luz. En el caso de las plantas, es el pigmento clorofila el que absorbe la luz, y es exigente en cuanto a las longitudes de onda que absorbe, optando mayoritariamente por la luz roja, y algo de luz azul.
La energía absorbida hace que los electrones del objeto se exciten.
Cuando los electrones se excitan, pasan de un nivel de baja energía a otro de mayor energía. La energía de la luz hace que los electrones se exciten y se elimine la energía de la luz – este es un ejemplo de la primera ley de la termodinámica – la energía no se crea ni se destruye sólo se puede transferir o cambiar de una forma a otra.
Este proceso tiene lugar en compartimentos específicos dentro de las células llamados cloroplastos y se divide en dos etapas;
1 – En la primera etapa se produce una secuencia de reacciones que son «dependientes de la luz». Los cloroplastos contienen muchos discos llamados tilacoides, que están llenos de clorofila. Las estructuras dentro de los tilacoides conocidas como fotosistemas forman la maquinaria central de la fotosíntesis y en el centro de cada fotosistema hay un «par especial» de moléculas de clorofila. Los electrones de estas moléculas de clorofila se excitan al absorber la luz solar. El trabajo del resto de las moléculas de clorofila en el cloroplasto es simplemente pasar la energía hacia el par especial.
2 – Un segundo conjunto de reacciones son independientes de la luz. Estas utilizan la energía capturada durante el paso dependiente de la luz para fabricar azúcares. Estas reacciones ocurren en el líquido que baña los tilacoides (el estroma).
Durante estas reacciones, el CO2 se disuelve en el estroma y se utiliza en las reacciones independientes de la luz. Este gas se utiliza en una serie de reacciones que dan lugar a la producción de azúcares. Las moléculas de azúcar son entonces utilizadas por la planta como alimento de forma similar a los seres humanos, con el exceso de azúcares almacenados como almidón, listo para ser utilizado más tarde, de forma muy similar al almacenamiento de grasa en los mamíferos.
Por lo tanto, el extremo rojo del espectro de luz excita los electrones en las hojas de las plantas, y la luz reflejada (o no utilizada) se compone de más de longitudes de onda del color complementario (u opuesto), el verde.
Así, las plantas y sus hojas se ven verdes porque el «par especial» de moléculas de clorofila utiliza el extremo rojo del espectro de luz visible para alimentar las reacciones dentro de cada célula. La luz verde no utilizada se refleja en la hoja y nosotros vemos esa luz. Las reacciones químicas de la fotosíntesis convierten el dióxido de carbono del aire en azúcares para alimentar a la planta, y como subproducto la planta produce oxígeno.
Es esta preferencia por la luz del extremo rojo del espectro la que está detrás del desarrollo de la tecnología de cultivo rápido del Dr. Brande Wulff y su equipo. La técnica, utilizada por primera vez por la NASA para cultivar en el espacio, utiliza una mayor duración del día, una iluminación LED mejorada y temperaturas controladas para promover el rápido crecimiento de los cultivos.
Acelera el ciclo de reproducción de las plantas: por ejemplo, se pueden cultivar seis generaciones de trigo al año, en comparación con las dos generaciones que se obtienen con los métodos de reproducción tradicionales.
Al acortar los ciclos de cultivo, el método permite a los científicos y a los fitomejoradores acelerar las mejoras genéticas, como el aumento del rendimiento, la resistencia a las enfermedades y la resistencia al clima en una serie de cultivos como el trigo, la cebada, la colza y los guisantes».