Por que são as plantas verdes?

P>Perguntamos a três dos nossos estudantes da Escola de Verão de Licenciatura Internacional; Poppy Smith, Lyvy Hall e Tom Hammond, porque é que as plantas são verdes.

“A resposta curta é que as plantas nos parecem verdes, porque a luz vermelha é o comprimento de onda mais útil para elas.

A resposta mais longa está nos detalhes da fotossíntese, no espectro eletromagnético, na energia e nos “pares especiais” de moléculas de clorofila em cada célula da planta.

As plantas podem ser amplamente divididas em quatro componentes principais: raízes, caule, flores e folhas. As folhas fazem a energia da planta, ou alimento em, como todo estudante de GCSE sabe, o processo chamado fotossíntese.

Plantas (mais algas e certas bactérias) absorvem a luz para fazer açúcares, fornecendo à planta energia e alguns outros produtos bioquímicos úteis que a planta necessita para crescer com sucesso.

Luz que pode ser vista pelo olho humano (o espectro de luz visível) é composta pelo arco-íris de cores, que se estende do púrpura até ao vermelho. Os objetos são percebidos pelos humanos como coloridos quando o objeto reflete a luz de volta aos nossos olhos. Todos os outros comprimentos de onda de luz visível são absorvidos, e só vemos os comprimentos de onda reflectidos.

As cores da luz visível formam uma roda de cores. Dentro dessa roda a cor que um objecto parece ser é a cor complementar àquela que ele mais fortemente absorve. Como tal, as plantas parecem verdes porque absorvem a luz vermelha de forma mais eficiente e a luz verde é reflectida.

Luz e o espectro electromagnético

A luz visível faz parte do espectro electromagnético, a recolha de toda a luz.

A luz viaja em ondas, e assim tem um comprimento de onda, que corresponde à distância entre os picos das ondas. A luz visível tem comprimentos de onda desde 380 nanómetros para o roxo, até 730 nanómetros para o vermelho. Para colocar isto em perspectiva, um cabelo humano tem uma espessura de 100.000 nanómetros.

Comprimento de onda do corante tem uma energia mais elevada, a frequência da ‘onda’ é maior, pelo que a luz púrpura tem mais energia que a luz vermelha.

Como as plantas utilizam a luz

Fotossíntese é essencialmente o processo da planta converter o dióxido de carbono (CO2) e a água (H2O) do gás atmosférico em açúcares simples, produzindo oxigénio (O2) como subproduto. Para isso, precisa de energia e obtém essa energia da luz que absorve.

Ao absorver a luz, o objeto também absorve parte da energia transportada pela luz. No caso das plantas, é o pigmento clorofila que absorve a luz, e é picuinhas quanto aos comprimentos de onda que absorve – a maioria optando pela luz vermelha, e alguma luz azul.

A energia absorvida faz com que os elétrons do objeto fiquem excitados.

Quando os elétrons ficam excitados, eles são promovidos de um nível de energia baixa para um nível de energia alta. A energia na luz excita os elétrons e remove a energia da luz – este é um exemplo da primeira lei da termodinâmica – a energia não é criada nem destruída, ela só pode ser transferida ou alterada de uma forma para outra.

Esse processo ocorre em compartimentos específicos dentro de células chamadas cloroplásticos e é dividido em dois estágios;

1 – O primeiro estágio vê uma seqüência de reações que são ‘dependentes da luz’. Os cloroplastos contêm muitos discos chamados tioplastos, que são embalados com clorofila. As estruturas dentro dos tireoides conhecidas como fotosistemas formam a maquinaria central da fotossíntese e no centro de cada fotosistema há um ‘par especial’ de moléculas de clorofila. Os electrões destas moléculas de clorofila são excitados após a absorção da luz solar. O trabalho do resto das moléculas de clorofila no cloroplasto é simplesmente passar energia para o par especial.

2 – Um segundo conjunto de reações são independentes da luz. Estas utilizam a energia captada durante o passo dependente da luz para fazer açúcares. Estas reacções ocorrem no fluido que banha os tialoides (o estroma).

Durante estas reacções, o CO2 dissolve-se no estroma e é utilizado nas reacções independentes da luz. Este gás é utilizado em uma série de reações que resultam na produção de açúcares. As moléculas de açúcar são então utilizadas pela planta como alimento de uma forma semelhante à humana, com excesso de açúcares armazenados como amido, prontos para serem utilizados mais tarde, muito parecido com o armazenamento de gordura em mamíferos.

Por isso, a extremidade vermelha do espectro de luz excita os electrões nas folhas das plantas, e a luz reflectida (ou não utilizada) é composta por mais comprimentos de onda da cor complementar (ou oposta), verde.

Então, as plantas e suas folhas parecem verdes porque o “par especial” de moléculas de clorofila usa a extremidade vermelha do espectro de luz visível para alimentar reações dentro de cada célula. A luz verde não utilizada é reflectida a partir da folha e vemos essa luz. As reacções químicas da fotossíntese transformam o dióxido de carbono do ar em açúcares para alimentar a planta, e como subproduto a planta produz oxigénio.

É esta preferência pela luz na extremidade vermelha do espectro que está por detrás do Dr Brande Wulff e do desenvolvimento da tecnologia de reprodução de velocidade da sua equipa. A técnica utilizada pela NASA pela primeira vez para o cultivo de culturas no espaço utiliza a iluminação diurna prolongada, iluminação LED melhorada e temperaturas controladas para promover o rápido crescimento das culturas.

Acelera o ciclo de cultivo das plantas: por exemplo, seis gerações de trigo podem ser cultivadas por ano, em comparação com duas gerações que utilizam métodos tradicionais de cultivo.

Ao encurtar os ciclos de reprodução, o método permite aos cientistas e aos cultivadores de plantas acelerar os melhoramentos genéticos como o ganho de rendimento, resistência a doenças e resiliência climática numa série de culturas como o trigo, a cevada, a colza oleaginosa e a ervilha”