Desde hace unas décadas, y con mayor intensidad en los últimos años, los químicos están empeñados en lograr la fotosíntesis artificial.

Si consiguieran producir unas células solares que transformaran la energía luminosa en energía electroquímica aprovechable, con una eficiencia parecida a la de las hojas de las plantas, se solucionarían buena parte de los problemas energéticos de la humanidad.

Ya han avanzado algo en ese camino, usando por ejemplo moléculas similares a la clorofila, pero les falta diseñar algo parecido a las asombrosas máquinas celulares con las que las plantas consiguen extraer la energía del sol: los cloroplastos.

Los cloroplastos son pequeños orgánulos, normalmente de forma elíptica, que se encuentran en el interior de las células fotosintéticas de las plantas. Su número oscila entre 20 y 100 por célula y tienen color verde porque contienen clorofila, además de otras moléculas necesarias para la formación de hidratos de carbono a partir del anhídrido carbónico del aire, del agua y de la luz solar. Pero lo inimitable de los cloroplastos no es su contenido, sino la exquisita organización de sus componentes. Los cloroplastos presentan una serie de membranas internas en el seno de las cuales se encuentran inmersos los fotosistemas, los centros activos en los que se capta la luz solar. Los fotosistemas son complejos moleculares que contienen clorofila y que actúan como antenas, concentrando la energía luminosa y llevándola hasta la molécula de clorofila. La clorofila excitada traspasa su energía a una molécula de agua, que se escinde en oxígeno molecular por un lado y protones (cargados positivamente) y electrones (de carga negativa) por otro.

Para que este potencial eléctrico se mantenga es necesario que las cargas estén separadas físicamente. Esto es exactamente lo que se consigue: los electrones van a parar a un lado de la membrana, donde son transportados por una cadena de moléculas, y los protones al otro. Esta diferencia de potencial es usada para generar el poder reductor y el ATP (la molécula que es usada como moneda energética por las células) que posteriormente, en el medio interno del cloroplasto, sirven para fabricar la glucosa y a partir de ella otros hidratos de carbono.

Quizá en un futuro no muy lejano, los ingenieros genéticos logren implantar en las células de nuestra piel los genes necesarios para producir cloroplastos. Entonces, ya no necesitaríamos comer, sino tan solo beber, para proporcionar agua a los cloroplastos, y respirar, para proporcionarles anhídrido carbónico, en vez de oxígeno (la hemoglobina de nuestra sangre acepta las dos moléculas). Deberíamos de vez en cuando tragar un poco de tierra para absorber minerales y acudiríamos a las playas no para broncearnos, sino para adquirir un saludable verde intenso. Poco a poco, nos haríamos más perezosos y sedentarios, pues no necesitaríamos movernos para conseguir alimento. Es probable que incluso renunciáramos a buscar compañeros sexuales y delegáramos nuestra reproducción en emisarios, como hacen hoy las plantas con los insectos.

Todo esto suena a ciencia-ficción, pero algo parecido ha ocurrido en la naturaleza. Algunos animales, como ciertos moluscos marinos y los corales, han establecido una asociación con algas que alojan en sus cuerpos. La relación entre algas y animales suele ser de mutuo beneficio (aunque a veces los animales se comen a las algas). Las algas obtienen protección dentro del animal (frente a los depredadores y una radiación demasiado intensa) y también sustancias que les son útiles, como anhídrido carbónico, fosfatos o nitratos. Éstas son sustancias de desecho para el hospedador, por lo que las algas funcionan como auténticos sistemas excretores suplementarios que le permiten librarse de ellas. Además, los animales pueden absorber oxígeno y sustancias nutritivas que segregan las algas, como carbohidratos o grasas.

Los propios cloroplastos son unos intrusos en las células de las plantas (o mejor dicho, fueron unos intrusos en las células de los antepasados de las plantas, hace más de mil millones de años). Unas cianobacterias, organismos celulares simples que habían inventado la fotosíntesis generadora de oxígeno y causado por ello quizá la mayor extinción en masa de la historia de la vida (el oxígeno era entonces un veneno para la mayoría de los organismos), fueron englobadas por una célula mayor y llegaron a ser capaces de vivir en su interior .

No sé sabe muy bien cómo fueron a parar allí, aunque lo más probable es que fueran ingeridas para servir de alimento (la célula hospedante sería probablemente una cazadora activa que envolvía a sus víctimas con prolongaciones de su membrana, al estilo de las amebas actuales). Por alguna razón desconocida, no fueron digeridas y llegaron a establecer una relación de simbiosis o mutuo beneficio (se supone que esta célula poseía ya, gracias a un mecanismo similar, mitocondrias, los orgánulos celulares que usan el oxígeno para producir energía, por lo que éste no tuvo efectos tóxicos sobre ellas).

Las cianobacterias fueron perdiendo cada vez más su individualidad, esclavizadas por la célula hospedante. Su material genético acabó migrando al núcleo celular, desde donde pasó a dirigirse la síntesis de proteínas de los cloroplastos y su replicación. Pero la derrota no fue total: los cloroplastos aún conservan una hebra circular de ADN, típica de bacterias, que contiene unos cuantos genes que cifran diversas proteínas necesarias para su funcionamiento. Por ello, los cloroplastos sólo pueden generarse a partir de otros cloroplastos preexistentes, que se replican sincronizadamente con el núcleo durante la división celular. Otras señas de identidad bacteriana son por ejemplo, el uso del código genético de bacterias para sintetizar sus proteínas o la estructura y composición de sus membranas.

Estas células simbiontes acabaron generando las algas verdes, de las que descienden las plantas terrestres, en tanto que las algas rojas englobaron a otro tipo de bacteria fotosintética (y por tanto sus cloroplastos son muy distintos). En resumen, tanto las plantas como nosotros, los animales, que poseemos mitocondrias, somos simbiontes a un nivel muy íntimo, y si en su caso prescindiéramos de nuestros inquilinos celulares moriríamos irremisiblemente.

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...por Antonio Jiménez

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