La planta y sus nutrientes 4.: Las radiaciones solares con las que convivimos vegetales, suelo… y Hombre. (Salvador González Carcedo).

Este post va dedicado expresamente para estudiantes, aunque refrescar la memoria nunca viene mal a nadie.  Desde nuestra mas tierna infancia nos enseñan que gracias a la luz se produce la fotosíntesis.  Pero como sigo insistiendo que hacer simplificaciones no es bueno y ya me van conociendo como profesor, el título y la luz tienen sus secretos.

Como bien dicen los físicos, la luz que recibimos se conforma por un conjunto de radiaciones, que al clasificarlas, para establecer su energía, se indica su longitud de onda expresada en nanometros (nm).  Cuanto mas bajo es el valor, mas alta es la energía portada.

Así decimos que las radiaciones del espectro infrarrojo (longitud de onda mayor de 700 nm) nos proporcionan fundamentalmente calor.  Las del espectro ultravioleta (UV) tienen mucha mas energía y una longitud de onda inferior a 400 nm.  Su energía ya nos “irritan y queman la piel” porque es mucho mas alta.  Entre medias se encuentra el espectro mas familiar “el visible”.  Lo llamamos así porque determinados pigmentos que tenemos en nuestros ojos se activan ante ese conjunto de radiaciones.  Ademas, el Sol aporta radiaciones de otras bandas del espectro, pero están fuera del objeto de este trabajo.

Cuando el sol incide sobre un objeto sólido,un líquido o un gas, un cierto conjunto de sus radiaciones puede ser absorbido por las moléculas constutuyentes del objeto iluminado, sus electrones se agitan más de lo normal, se energetizan e incluso saltan de su orbital y de la molécula misma (se genera un radical y un flujo electrónico). Y no andamos alejados de los conocidos “radicales libres”, pero esto es otra historia….

La Ozonosfera (una capa entre otras, que configura la cubierta gaseosa de la Tierra) es rica en una molécula llamada ozono O₃ que entre otras cosas tiene de especial su capacidad para absorber una gran cantidad de radiaciones UV.  La disminución del grosor de esa capa por acción de determinados compuestos como los óxidos de Nitrógeno (NOx) hace que llegue a nosotros (la Troposfera es el ámbito de la atmósfera donde vivimos) mas cantidad de radiaciones UV de lo debido.  Las autoridades sanitarias se preocupan ante el hecho. Fíjense en los factores de protección de las cremas solares, cada año más altos (cada año el sol nos hace mas daño en la piel) que nos recomiendan los Dermatólogos.  La energía de las radiaciones UV es cada año más elevada, y genera, entre otras muchas cosas, irritación y quemaduras en la piel y mutagénesis en unas células especiales (melanocitos), con lo que determinadas personas llegan a sufrir cáncer de piel (melanomas) por exceso de exposición a estas radiaciones solares. También puede producirnos ceguera.  Pero ciertas personas se exponen “de cuerpo entero” a este tipo de radiaciones, porque es muy “chic” estar morenas… La moda es la moda.

También hace daño a los vegetales. Lo llamamos estrés lumínico. Al recibir sobre las hojas un exceso de energía, portada por las ondas de las radiaciones UV, el sistema fotosintético ubicado en las membranas de los plastos sufren un daño creciente (se agitan tanto que se generan radicales libres, las unidades funcionales, los fotosistemas, se desubican de sus membranas, se desorganizan sus estructuras multi-moleculares y se degradan sus moléculas, incluyendo las clorofilas y los sistemas de transferencia electrónica, además de las mas de 50 proteínas de apoyo).  La planta muere

Si se aparecen radicales libres, se activan sistemas bioquímicos defensivos, sivamos a mayores y solo se desubica el PSII el daño es temporal, pues la planta puede llegar a reproducirlo y reinsertarlo en el tilacoide, pero si también afecta al PSI la situación es irreparable y la planta muere.  Estas son acciones con consecuencias agronómicas asociables al “cambio climático”,  que se agrava, en la medida que la “capa de ozono” adelgaza.

El incremento del aporte al suelo de radiaciones UV, tiene sus “inconvenientes”, pero también sus “ventajas”. Dentro del primer apartado aparece la capacidad mutagénica sobre bacterias y hongos y otros seres fitopatógenos claramente aceptada (las radiaciones ultravioletas son capaces de afectar al genoma, pero no es la única causa actual que ejerce esta acción).  En el otro lado de la balanza hay que recordar con gran atención a un sistema defensivo bacteriano verdaderamente interesante, usado para defender a su “cromosoma bacteriano” de la mutagénesis (recordemos que la aparición de estos grupos biológicos se remonta a periodos anteriores a la fotosíntesis, cuando la atmósfera no tenía oxígeno ni ozono y el régimen de radiaciones UV era verdaderamente intenso): bacterias y hongos sintetizan melaninas capaces de captar preferentemente este tipo de radiaciones gracias a electrones que se mueven dentre de sus grandes orbitales moleculares.

Las melaninas, son macromoléculas de naturaleza poliaromática que se sintetizan en estos seres gracias a una ruta bioquímica conocida como la vía del ácido shikímico que, si inicialmente se responsabiliza de la producción de aminoácidos fenólicos, luego tiene una cantidad de «salidas biosintéticas como la síntesis de hormonas del grupo del indol-acético, la producción de ligninas vegetales y de melaninas (animales, vegetales y microbianas).

La activación de esta ruta en bacterias y hongos está muy influida por la dosis de radiaciones UV que reciben. Por ello se concibe como una respuesta defensiva, incluso en los melanocitos humanos (por eso nos ponemos morenos, cuando la melanina se difunde en la piel y nos salen lunares cuando no lo hace).  Sin embargo, el proceso defensivo no se frena rápidamente en las bacterias.  Las melaninas ocupan un gran volumen dentro de un recinto limitado y hay que dar salida a los excesos de producción.  Para permitir la continuidad del proceso bioquímico defensivo (hasta que se pare el mecanismo de síntesis), las bacterias lo segregan al medio externo inmediato, con lo que se construye un hábitat defensivo que protege a la colonia de posibles mutaciones.  Tiene también sus ventajas, ya que al funcionar como un gel con baja velocidad de degradación, su acumulación en el suelo puede ser significativa, ya que lo producen muchos individuos y todos a la vez…   Bueno, hablando de radiaciones ya he encontrado una fuente de fenoles en el suelo distinta de la lignina. Las bacterias y los hongos son muchos en número… y se extraen junto con los compuestos húmicos…

Retomando el tema pasemos a hablar de la banda del visible. La llamamos así porque los pigmentos de nuestros ojos son sensibles a ellas, y con ellas nos recreamos. Pero porqué? Al igual que con las radiaciones UV, cuando el conjunto de radiación del espectro visible ilumina un objeto ciertas radiaciones quedan absorbidas. Evidentemente en espectro de radiaciones que se reflejan se carece de la radiación absorbida y como consecuencia vemos los colores.. o Vds nos leen cada día (son nuestras amigas).  Como en verano llegan mas radiaciones y con mas intensidad (solo es una cuestión de posiciones relativas entre el Sol y la Tierra), la vista se nos alegra mas que en invierno y sentidos tocados por “una melodía de colores mas cálida”. Claro que ahora no es precisamente el suelo nos que nos atrae. Son otros sólidos…

Como me siento frívolo ante tal perspectiva, voy a hacer un cambio de nombres. Los fotosistemas que antes denominé PSII y PSI, ahora les llamaré respectivamente P700 y P680, solo para recordar las longitudes de onda a las que, estas organizaciones biológicas presentan máximos de absorción de energía dentro del espectro visible.   De paso digo que para la mayoría de las plantas (salvo honrosas excepciones, ya que la vida es dura para ellas) existe un rango específico de radiaciones del espectro visible que impulsan la fotosíntesis: 680-710 nm..  Es para entendernos.

Sin embargo existen estrategias verdaderamente apasionantes, cuando miramos hacia la fotosíntesis de las especies vegetales marinas y la productividad generada por algas y  fitoplacton.  Ya dije que las radiaciones del visible (como el resto) son absorbidas por las moléculas, también las del agua, dulce y marina.

A partir de una determinada profundidad, el espectro del visible manifiesta deficits en radiaciones del visible de longitud de onda más larga (justo aquellas a las que absorben los “PS”).  Claro a las plantas acuáticas se les plantean dos opciones, o subir mas arriba o buscar otras estrategias diferentes de “captura de luz”.  Pero si “suben” se pueden encontrar con algún predador de esos grandotes, con lo que la especie desaparecería (simplemente les recuerdo que en el mar la pirámide de productores y consumidores es paralela a la de la tierra firma). 

Mejor nos quedamos abajo… pero no llega las radiaciones… Entonces generaron estructuras diferentes y sintetizaron unos pigmentos complementarios (los dos “PS” famosos nunca faltan). Les reconocemos porque, al igual que las clorofilas dan color verde a “nuestras plantas terrestres” a las algas el color rojo, pardo o verde-azulado se lo proporcionan otras moléculas que se llaman ficoeritrinas (rojo), ficocianinas (azul), ficourobilinas (naranja), feoficobilinas (pardo) o ficobiliviolina…  sensibles a longitudes del visible mas cortas (cuyo límite inferior parece estar en los 545 nm.). A estos nuevos accesorios bioquímicas se les llama “aceptores energéticos terminales”. Y toda la organización fotosintética sustituye el nombre de cloroplasto por el de ficobilisoma.  Todo el conjunto se puede ver en http://www.chm.bris.ac.uk/motm/oec/motm.htm. Y ellas ampliaron en rango de sensibilidad. Ahora hablamos de un rango entre 565 u 710 nm..

En las plantas existe un segundo rango de radiaciones, menos “popular”, próximo al espectro infrarrojo (IR) que afectan al fotoperíodo vegetal.  Si lo digo en palabras llanas, las plantas saben “leer” la intensidad y el tiempo de duración diaria de este tipo de radiaciones.  Así, conocen cuando se alarga o se acorta el día.  De esta sencilla manera se ponen en marcha mecanismos hormonales que condicionan sus distintos momentos fenológicos, soben cuando entallar, iniciar la floración o madurar el fruto o granar y cuando deben de morir.  (lo dicho en forma poética encierra un enorme esfuerzo de investigación por parte de fisiólogos vegetales, bioquímicas e ingenieros agrícolas y forestales, además de muchas otras profesiones entre las que destaco los productores de plantas en invernaderos.  ¿No se maneja con éxito el fotoperiodo en avicultura?

Por poner un ejemplo de su conocimiento dse eriva la disponibilidad que tienen los agricultores del uso de hormonas vegetales.  Sin embargo he de decir que el conocimiento del fotoperíodo a efectos utilitarios esta poco explotado en el mundo vegetal. Quizás podríamos investigalo para las producciones agroenergéticas. Los expertos en Fisiología Vegetal tienen la palabra.

El manejo del espectro, a pesar de su importancia, está poco explotado en el ámbito de la síntesis de polímeros plásticos de uso en invernaderos.  Fundamentalmente se maneja el área PAR, y abarca el uso de nuevos polímeros plásticos, que entre sus objetivos, además de los de resistencia al viento o a la lluvia, emplean este índice en sus investigaciones para conseguir que las radiaciones del extremo del espectro visible, las UV  pueden ser captados y reemitidas en la banda del visible, para incrementar la fotosíntesis…  Con ser excepcionalmente complicado, a veces la distancia entre los investigadores que se dedican a la producción de plásticos y los expertos en fisiología de la producción es demasiada.

Un tercer rango de radiaciones solares es el del infrarrojo, radiaciones que nos aportan fundamentalmente calor. No digo que las otras no la hagan. Asi a objetos mas oscuros, mas absorción de radiaciones, y todos sabemos que cuando los suelos están húmedos, se oscurecen, y la capacidad de retención de estas radiaciones se incrementa, (pero en invierno nos llegan pocas) …

Pero con la primavera después del frío invierno, las radiaciones del infrarrojo aumentan en cantidad y tiempo de iluminación.  Y el incremento de temperatura afecta tanto a la troposfera como al suelo.  En estas condiciones las bacterias y el resto de los componentes del edafón reviven… es el momento de la germinación.

Pues bien, con lo dicho, los futuros expertos en producciones bajo plástico y en forzado deben de recordar que un incremento de la temperatura del suelo/sustrato/soporte incrementa la actividad metabólica no solo de las semillas sino también de las raíces y con ello la capacidad de trabajo de los transportadores de los tricblastos… Claro, debemos de recordar que es allí, y no solo en las hojas, donde se encuentran los puntos clave de la productividad.

Como alguien habrá leído lo anterior se preguntará, ¿y el recalentamiento de la atmósfera?  Pues bien, en la troposfera existen también gases capaces de absorber las radiaciones del espectro infrarrojo.  Entre ellos está el CO y el CO₂.  Como consecuencia de la reemisión de la energía captada al ámbito troposférico, la temperatura ambiental se eleva.  Y eso lo sufrimos todos cada vez mas.  Pero recuerden no es suficiente producir más, el objetivo es retirar mas CO/CO₂ de la atmósfera y almacenarlo en el suelo.  Esa si es una buena política ambiental, y en ello trabajamos.

Saludos cordiales,