Fotosíntesis: [Concepto, Proceso, Etapas e Importancia]

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¿Qué es la fotosíntesis?

Qué es la fotosíntesisLa fotosíntesis es el proceso químico mediante el cual las plantas con clorofila aprovechan la energía solar para transformar un sustrato inorgánico en materia orgánica rica en energía.

A fin de auto alimentarse y producir oxígeno para la vida planetaria. En síntesis, es un proceso que le permite a las plantas obtener energía, nutrientes y producir oxígeno. 

Además de las plantas, las algas y ciertas bacterias pueden fabricar fotosíntesis. Por eso se llaman seres autótrofos, que son aquellos capaces de producir alimentos de forma autónoma a partir de sustancias inorgánicas.

¿Cómo se produce la fotosíntesis?

Cuáles son las etapas de la fotosíntesis - Fase oscuraEs una función clorofílica exclusiva de las plantas, que consiste en la conversión de materia inorgánica a orgánica con ayuda de la luz solar, porque la energía lumínica se transforma en energía química estable.

Las sustancias inorgánicas son dióxido de carbono (C02) y agua que toman del ambiente para convertirlos en sustancias orgánicas llamadas hidratos de carbono, desprendiéndose oxígeno gracias a la transformación de energía luminosa en energía química producida por la clorofila.

La fábrica de energía en las hojas son los cloroplastos, órganos ovoides de las células vegetales que tienen clorofila. La clorofila es un pigmento verde muy sensible a la energía solar localizado en las hojas de las plantas.

Se hace visible porque da la típica tonalidad verde al follaje formado por el conjunto de hojas y, además, es la base de producción de las sustancias orgánicas a partir del dióxido de carbono y el agua. 

El producto final de la fotosíntesis se llama glucosa, porque la planta realiza este proceso vital para obtener su propio alimento. Como residuo de esta reacción se libera oxígeno gaseoso (O2) que es devuelto a la atmósfera.

El proceso de alimentación

El proceso de alimentaciónLa alimentación de las plantas es un proceso que ocurre en varias etapas que comienzan cuando las raíces crecen hacia los lugares del subsuelo donde hay agua y otros minerales que se encuentran en la tierra, los absorben y, a través de los tallos, los envían a las hojas.

Las hojas serán las encargadas de captar la luz mediante la clorofila contenida en los cloroplastos, para formar la fotosíntesis. 

Las plantas, así alimentadas, se encargan de limpiar y purificar la atmósfera, cuando, a través de las hojas, expulsan hacia la atmósfera el oxígeno necesario para la subsistencia de los seres humanos.

¿Cuáles son las etapas de la fotosíntesis?

La energía solar es captada por la clorofila para poner en marcha la fotosíntesis, en un proceso en el que se dan dos fases, la fase luminosa y la fase oscura. Veamos cómo operan.

Fase luminosa

Durante la fase luminosa, el proceso depende exclusivamente de la luz. Cuando la luz solar es captada por la clorofila se produce una reacción llamada fotólisis capaz de transformar el agua en hidrógeno y oxígeno.

Luego se da un milagroso regalo para la vida en el planeta: el oxígeno es liberado al ambiente y el hidrógeno entrará a formar parte de otras etapas del proceso.

Fase oscura

Cómo se produce la fotosíntesisEn la fase oscura, el hidrógeno es liberado por el proceso de fotólisis y el dióxido de carbono es captado de la atmósfera.

Ambos se combinan para elaborar la glucosa, transformando la savia bruta en una savia elaborada que garantiza el alimento de las plantas.

Los cloroplastos son grandes protagonistas de la fotosíntesis, porque capturan la energía de la luz y fabrican moléculas de glucosa a partir del dióxido de carbono que se encuentra en el aire y el agua absorbida por las raíces del suelo.

Además de producir la fotosíntesis, los cloroplastos sirven como almacenadores de almidón y de algunas proteínas. Para saber más, puedes ver: Etapas de la fotosíntesis.

¿Por qué es importante la fotosíntesis para la vida en el planeta Tierra?

Por qué es importante la fotosíntesis para la vida en el planeta TierraSin el proceso de la fotosíntesis que producen las plantas verdes, sencillamente la vida sobre la faz del planeta no sería posible.

Y es que todos los seres vivos dependen del oxígeno que las plantas liberan a la atmósfera durante la fotosíntesis. Sin ese auxilio vital no se puede respirar.

Es más, la mayor parte de las estructuras de los seres vivos requieren, para su pleno desarrollo, los productos orgánicos que se forman en el proceso de la fotosíntesis, junto a la mayoría inorgánica propia del medioambiente circundante.

Esto significa que la materia que da forma a los organismos y seres vivos en general, proviene de la materia orgánica. En el caso de los seres humanos, su dependencia de la fotosíntesis es incluso mucho mayor que animales y plantas que usan el oxígeno con fines meramente de subsistencia.

El hombre no solamente respira gracias al maravilloso proceso clorofílico. También necesita de la fotosíntesis para producir alimentos a gran escala, dada la creciente demanda mundial. 

Del mismo modo, hay otro regalo vital que el reino vegetal prodiga al planeta, la recolección del dióxido de carbono, un producto de desecho de la respiración que retorna a la planta para que esta pueda proseguir el ciclo interminable de la fotosíntesis

Proceso que tiene el siguiente beneficio añadido: reducir las concentraciones indeseadas de este gas de efecto invernadero causante del cambio climático y el calentamiento global.

En síntesis, las bondades que la fotosíntesis regala al planeta son las siguientes:

  1. La liberación de oxígeno que se genera en la fotosíntesis, se utiliza en la respiración aerobia como oxidante vital para la vida.
  2. El oxígeno se restituye al aire y eso facilita la respiración. 
  3. El CO2 que producen los animales y en procesos de putrefacción y descomposición, se reaprovecha en la fotosíntesis, evitando una peligrosa saturación de este gas en la atmósfera que impediría la vida en la Tierra tal y como la conocemos.
  4. La síntesis de materia orgánica a inorgánica que se realiza durante la fotosíntesis, después va pasando de unos seres vivos a otros con apoyo en la cadena trófica, a fin de que pueda transformarse en materia propia de cada organismo viviente.
  5. La fotosíntesis produce la transformación de energía luminosa en energía química, indispensable para que el resto de los seres vivos también se beneficie.
  6. También de la fotosíntesis depende toda la energía almacenada desde hace millones de años en combustibles fósiles como el petróleo, carbón y gas natural.
  7. Garantiza, además, un equilibrio entre los seres autótrofos y heterotrófos, a fin de que todos se beneficien.
  8. Igualmente, la comunidad científica ha establecido que la fotosíntesis fue la gran responsable del cambio favorable ocurrido en la atmósfera primitiva, que tenía características reductoras y anaerobias.
  9. La diversidad planetaria también depende de la fotosíntesis.

Historia sobre el descubrimiento de la fotosíntesis

FotosíntesisLa historia de la fotosíntesis se remonta a la Antigua Grecia, porque fue Aristóteles el primer pensador interesado en verificar de dónde provenía el color verde de las plantas. 

Tanto, que sugirió por vez primera una asociación entre los rayos de sol y la producción de clorofila en las plantas.

Después otro intelectual de la época, Empédocles advirtió que las plantas eran capaces de asimilar el aire y Teofrasto concluyó que los alimentos de las plantas procedían de la tierra.

Todas estas ideas se diluyeron a lo largo del tiempo, hasta en el siglo XVII que apareció la fisiología vegetal de manos de Stephen Hales, quien retomó el tema y concluyó que las plantas usaban como alimento el aire que capturaban en sus hojas.

Ya hacia el siglo XVIII, otros pensadores vincularon conceptos provenientes de la química con la biología, pero en forma muy incipiente.

Un clérigo de origen inglés llamado Joseph Presley, es considerado el descubridor del oxígeno (O2) porque logró determinar que los vegetales tenían un proceso inverso a la respiración de los animales, quienes se comportan como consumidores y no productores del mismo.

Joseph Presley descubrió que el dióxido de carbono que emiten las plantas durante los llamados tiempos de oscuridad o penumbra, pero no logró interpretar a cabalidad los porqués de estos hallazgos.

Otra fecha importante, 1778, marcó un nuevo hallazgo significativo protagonizado por un médico de origen holandés, Jan Ingenhousz, quien dirigió muchísimos experimentos que le permitieron comprender mejor cómo operan los procesos de producción de oxígeno en las plantas.

Este holandés determinó, por ejemplo, que las plantas viciaban el aire en la luz y en oscuridad, al igual que lo hacían los animales peor que cuando recibían luz solar entonces se liberaba aire cargado de oxígeno, pero en una cantidad que superaba al que se consumía. 

Logró entonces determinar que era indispensable la luz solar para que ocurriera esa descarga fotosintética de oxígeno a la atmósfera. Otro hallazgo de sus numerosos experimentos logró establecer que este proceso de fotosíntesis se producía solamente en las partes verdes de las plantas.

Historia sobre el descubrimiento de la fotosíntesisMás adelante, hubo nuevos aportes de otros científicos, pero fue el químico alemán Justus von Liebig, quien estableció fehacientemente que los organismos son entidades integradas por compuestos químicos que generan reacciones también químicas, en procesos claves, vitales para la vida.

Así, ratifica los postulados antes formulados por Théodore de Sassure, quien descubrió que el aumento de la biomasa depende del proceso de fijación del dióxido de carbono que toman las hojas de las plantas del aire, pero que también cuando hay emisión de este gas se pierde agua y se genera calor.

Otros aportes significativos se atribuyen, a comienzos del siglo XIX, a Pelletier y Caventou, porque hablaron del concepto de clorofila para identificar la composición de los pigmentos fotosintéticos de las plantas.

Igualmente, la entrada de CO2 en las plantas a través de estomas, es descrita por Dutrochet, quien también concluye de forma categórica que solamente las células que contienen clorofilas son las únicas que producen oxígeno.

En 1905, comenzando el siglo XX, corresponde a Frederick Frost Blackpeoman medir la velocidad que alcanza el proceso de fotosíntesis, usando variantes en la intensidad de la iluminación natural, verificando que la tasa se incrementa cuando recibía una luz moderada, sin cambios significativos si recibía la planta luz solar intensa.

Frederick Frost Blackpeoman concluyó que la fotosíntesis se ralentizaba a temperaturas superiores a 30ºC, hasta que cesaba el proceso. 

De 1940 en adelante, un químico estadounidense llamado Melvin Calvin logró describir con precisión con apoyo en el carbono 14 radiactivo toda la secuencia de reacciones químicas que generan las plantas durante la fotosíntesis, cuando transforman el dióxido de carbono y agua en oxígeno, así como hidratos de carbono, investigaciones que le valieron el Premio Nobel de Química en 1961.

El ciclo de Calvin que explica este maravilloso proceso de naturaleza química se conoce como Ciclo de Calvin. Finalmente, otro científico relevante en el devenir de los estudios acerca del funcionamiento de la fotosíntesis fue el fisiólogo vegetal Daniel Arnon.

En 1954, Daniel Arnon dirigió estudios con hojas de espinaca, donde se indujo la fotosíntesis en ausencia total de células, con la idea de probar cómo estas se forman y son capaces de asimilar dióxido de carbono.

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