El Sofista

El color de las plantas en otros mundos

Un artículo del Scientific American de Nancy Y. Kiang y publicado el 7 de abril de 2008, que se pregunta por el color de las plantas en planetas girando alrededor de estrellas de tipo distinto a la nuestra y con una composición atmosférica diferente. Así, las plantas de otros mundos podrían ser rojas, azules o, incluso, negras. Este conocimiento podría ser útil para la búsqueda de vida extraterrestre.

El artículo completo es largo, así que lo iré subiendo a medida que lo vaya traduciendo.

Conceptos claves:

• ¿Cuál será el color de las plantas extraterrestres? La pregunta tiene su importancia científica porque el color de la superficie de un planeta puede revelar si allí hay vida; específicamente, si los organismos captan energía de la estrella principal por el proceso de fotosíntesis.
  
• La fotosíntesis se adapta al espectro de la luz que llega a los organismos. Este espectro es el resultado del espectro de radiación de la estrella principal, combinado con los efectos de filtración de la atmósfera del planeta y, para criaturas acuáticas, del agua líquida.
  
• La luz de cualquier color, desde el violeta profundo hasta el infrarrojo cercano, puede impulsar la fotosíntesis. Alrededor de estrellas más calientes y más azules que nuestro sol, las plantas tenderían a absorber el celeste y podrían parecer desde verdes a amarillas y hasta rojas. Alrededor de estrellas más frías como las enanas rojas, los planetas recibirían menos luz visible, de manera que las plantas podrían intentar absorber tanta como les sea posible, lo que las haría parecer negras.

La posibilidad de hallar vida extraterrestre no pertenece más al dominio de la ciencia ficción o de los cazadores de OVNIs. En vez de esperar a que los extraterrestres vengan a nosotros, nosotros los estamos buscando. Podría ocurrir que no encontremos civilizaciones tecnológicamente avanzadas, pero podemos buscar las señales físicas y químicas de los procesos fundamentales de la vida: "las firmas biológicas" o "biofirmas". Más allá del Sistema Solar, los astrónomos han descubierto más de 200 mundos girando alrededor de otras estrellas, los llamados planetas extrasolares o exoplanetas. Aunque no hemos sido capaces de decir si estos planetas albergan vida, eso es sólo una cuestión de tiempo. En julio del año pasado, los astrónomos confirmaron la presencia de vapor de agua en un exoplaneta al observar el pasaje de la luz de una estrella por la atmósfera del planeta. Las agencias espaciales de todo el mundo se encuentran desarrollando telescopios que buscarán señales de vida en planetas del tamaño similar a la Tierra mediante la observación de su espectro de luz.

En particular, la fotosíntesis puede producir biofirmas muy visibles. ¿Qué tan plausible es la aparición de la fotosíntesis en otro planeta? Mucho. El proceso es tan exitoso en la Tierra que es el fundamento de casi toda la vida. Aunque algunos organismos viven del calor y del metano de los respiraderos hidroterminales oceánicos, la totalidad de los ricos ecosistemas de la superficie del planeta dependen de la luz solar.

Las biofirmas fotosintéticas pueden ser de dos clases: gases atmosféricos generados biológicamente como el oxígeno y su producto, el ozono; y los colores que se encuentran en la superficie, que indican la presencia de pigmentos especializados como la clorofila verde. La idea de buscar esos pigmentos tiene una larga historia. Hace un siglo, los astrónomos intentaron atribuir el oscurecimiento estacional de Marte al crecimiento de la vegetación. Estudiaron el espectro de la luz reflejada en la superficie marciana buscando señales de plantas verdes. Una dificultad con esta estrategia fue evidente para H. G. Wells, quien imaginó un escenario diferente en La guerra de los mundos: "El reino vegetal de Marte, en vez de tener al verde como color dominante, es de tinte rojo-sangre vívido". Aunque ahora sabemos que Marte no tiene vegetación en su superficie —el oscurecimiento está causado por tormentas de polvo—, Wells fue un visionario al especular que los organismos fotosintéticos de otro planeta podrían no ser verdes.

En la imagen: Tierra Roja, Tierra Verde, Tierra Azul: las estrellas de tipo M (enanas rojas) son débiles, por consiguiente las plantas en un planeta similar a la Tierra que gire alrededor de esta estrella podrían necesitar ser negras para absorber toda la luz disponible (primer panel). Estrellas jóvenes de tipo M fríen las superficies planetarias con erupciones ultravioletas, de manera que los organismos deben ser acuáticos (segundo panel). Nuestro sol es del tipo G (tercer panel). Alrededor de estrellas de tipo F, las plantas podrían obtener demasiada luz y necesitarían reflejarla en su mayor parte (cuarto panel).

Incluso la Tierra tiene una diversidad de organismos fotosintéticos junto a las plantas verdes. Algunas plantas terrestres tienen hojas rojas, y algunas algas submarinas y bacterias fotosintéticas muestran un arcoiris de colores. La bacteria púrpura absorbe la radiación infrarroja solar tan bien como la luz visible. ¿Entonces cuál será el color dominante en otro planeta? ¿Y cómo lo sabremos cuando lo veamos? Las respuestas dependen de los detalles de cómo la fotosíntesis extraterrestre se adapta a la luz de una estrella principal de un tipo diferente al de nuestro sol, filtrada por una atmósfera que podría no tener la misma composición que la terrestre.


Recolectando la luz

En el intento de imaginarnos cómo la fotosíntesis podría operar en otros planetas, el primer paso es explicar cómo se lleva a cabo en la Tierra. El espectro de energía del rayo de luz en la superficie de la Tierra tiene su máximo en el azul-verde, de forma tal que los científicos se preguntaron durante mucho tiempo acerca de por qué las plantas reflejan el verde, de tal modo que desperdician lo que parece ser la mejor luz disponible. La respuesta es que la fotosíntesis no depende de la cantidad total de la energía de la luz sino de la energía por fotón y del número de fotones que componen la luz.

Mientras que los fotones azules transportan más energía que los rojos, el Sol emite más fotones rojos. Las plantas usan los fotones azules por su calidad y los fotones rojos por su cantidad. Los fotones verdes, que se ubican en el medio, carecen de la energía y del número, de manera que las plantas se adaptaron para absorber menos de ellos.

El proceso básico de la fotosíntesis, que fija un átomo de carbón —obtenido del dióxido de carbono, CO₂— en una molécula simple de azúcar, requiere un mínimo de ocho fotones. Se necesita un fotón para dividir el enlace oxígeno-hidrógeno en agua (H₂O) y de ese modo obtener un electrón para las reacciones bioquímicas. Un total de cuatro de tales enlaces deben romperse para crear una molécula de oxígeno (O₂). Cada uno de esos fotones es correspondido por al menos un fotón adicional para un segundo tipo de reacción para formar azúcar. Cada fotón debe tener una cantidad mínima de energía para impulsar las reacciones.

Continuar a la segunda parte.

escrito por el sofista @ miércoles, abril 23, 2008