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2.4: La energía ingresa a los ecosistemas mediante la fotosíntesis

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    Las células funcionan con la energía química que se encuentra principalmente en las moléculas de carbohidratos, y la mayoría de estas moléculas son producidas por un solo proceso: la fotosíntesis. A través de la fotosíntesis, ciertos organismos convierten la energía solar (luz solar) en energía química, que luego se utiliza para construir moléculas de carbohidratos. La energía almacenada en los enlaces para mantener unidas estas moléculas se libera cuando un organismo descompone los alimentos. Luego, las células utilizan esta energía para realizar trabajos, como el movimiento. La energía que se aprovecha de la fotosíntesis ingresa continuamente a los ecosistemas de nuestro planeta y se transfiere de un organismo a otro. Por lo tanto, directa o indirectamente, el proceso de fotosíntesis proporciona la mayor parte de la energía que requieren los seres vivos en la Tierra. La fotosíntesis también da como resultado la liberación de oxígeno a la atmósfera. En definitiva, para comer y respirar los humanos dependen casi en su totalidad de los organismos que llevan a cabo la fotosíntesis.

    Dependencia Solar y Producción de Alimentos

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    Figura\(\PageIndex{1}\). (a) Las plantas, (b) las algas, y (c) ciertas bacterias, llamadas cianobacterias, son fotoautótrofos que pueden llevar a cabo la fotosíntesis. Las algas pueden crecer sobre enormes áreas en el agua, a veces cubriendo completamente la superficie. (crédito a: Steve Hillebrand, Servicio de Pesca y Vida Silvestre de Estados Unidos; crédito b: “eutrofización e hipoxia” /Flickr; crédito c: NASA; datos de barra de escala de Matt Russell)

    Algunos organismos pueden realizar fotosíntesis, mientras que otros no. Un autótrofo es un organismo que puede producir su propio alimento. Las raíces griegas de la palabra autotrofo significan “self” (auto) “feeder” (troph). Las plantas son los autótrofos más conocidos, pero existen otros, entre ellos ciertos tipos de bacterias y algas (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las algas oceánicas aportan enormes cantidades de alimentos y oxígeno a las cadenas alimentarias mundiales. Más específicamente, las plantas son fotoautótrofos, un tipo de autótrofo que utiliza la luz solar y el carbono del dióxido de carbono para sintetizar energía química en forma de carbohidratos. Todos los organismos que realizan la fotosíntesis requieren de luz solar.

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    Figura\(\PageIndex{2}\). La energía almacenada en las moléculas de carbohidratos de la fotosíntesis pasa a través de la cadena alimentaria. El depredador que se come a estos venados está recibiendo energía que se originó en la vegetación fotosintética que consumía el venado. (crédito: Steve VanRiper, Servicio de Pesca y Vida Silvestre de los Estados Unidos)

    Los heterótrofos son organismos incapaces de fotosíntesis que, por lo tanto, deben obtener energía y carbono de los alimentos consumiendo otros organismos. Las raíces griegas de la palabra heterótrofo significan “otro” (hetero) “alimentador” (trofo), lo que significa que su alimento proviene de otros organismos. Incluso si el organismo que se consume es otro animal, rastrea su energía almacenada de regreso a autótrofos y al proceso de fotosíntesis. Los humanos son heterótrofos, al igual que todos los animales y hongos. Los heterótrofos dependen de autótrofos, ya sea directa o indirectamente. Por ejemplo, un venado obtiene energía al comer plantas. Un lobo que se come un venado obtiene energía que originalmente provenía de las plantas que comía ese venado (Figura\(\PageIndex{2}\)). Utilizando este razonamiento, todos los alimentos que comen los humanos se remontan a autótrofos que realizan la fotosíntesis.

    Resumen de Photosynthesis

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    Figura\(\PageIndex{3}\). La fotosíntesis utiliza energía solar, dióxido de carbono y agua para liberar oxígeno y producir moléculas de azúcar que almacenan energía.

    La fotosíntesis requiere luz solar, dióxido de carbono y agua como reactivos de partida (Figura\(\PageIndex{3}\)). Una vez completado el proceso, la fotosíntesis libera oxígeno y produce moléculas de carbohidratos, más comúnmente glucosa. Estas moléculas de azúcar contienen la energía que los seres vivos necesitan para sobrevivir. Las complejas reacciones de la fotosíntesis se pueden resumir mediante la ecuación química que se muestra en la Figura\(\PageIndex{4}\) a continuación.

    Aunque la ecuación parece simple, los muchos pasos que se dan durante la fotosíntesis son en realidad bastante complejos. En las plantas, la fotosíntesis se realiza principalmente en los cloroplastos de las hojas. Los cloroplastos tienen una doble membrana (interna y externa). Dentro del cloroplasto hay una tercera membrana que forma estructuras apiladas en forma de disco llamadas tilacoides. Incrustadas en la membrana tilacoidea se encuentran moléculas de clorofila, un pigmento (una molécula que absorbe la luz) a través del cual comienza todo el proceso de fotosíntesis.

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    Figura\(\PageIndex{4}\). Esta ecuación significa que seis moléculas de dióxido de carbono (CO2) se combinan con seis moléculas de agua (H2O) en presencia de luz solar. Esto produce una molécula de glucosa (C 6 H 12 O 6) y seis moléculas de oxígeno (O2).

    Las dos partes de la fotosíntesis

    La fotosíntesis se realiza en dos etapas: las reacciones dependientes de la luz y el ciclo de Calvino. En las reacciones dependientes de la luz, la clorofila absorbe la energía de la luz solar y luego la convierte en energía química con la ayuda del agua. Las reacciones dependientes de la luz liberan oxígeno como subproducto de la división del agua. En el ciclo Calvino, la energía química derivada de las reacciones dependientes de la luz impulsa tanto la captura de carbono en las moléculas de dióxido de carbono como el posterior ensamblaje de moléculas de azúcar.

    La importancia global de la fotosíntesis

    El proceso de fotosíntesis es de vital importancia para la biosfera por las siguientes razones:

    1. Crea O 2, lo cual es importante por dos razones. El oxígeno molecular en la atmósfera terrestre fue creado por organismos fotosintéticos; sin la fotosíntesis no habría O 2 para soportar la respiración celular (ver capítulo 3.2) que necesita la vida compleja y multicelular. Las bacterias fotosintéticas fueron probablemente los primeros organismos en realizar la fotosíntesis, que datan de hace 2-3 mil millones de años. Gracias a su actividad, y a la diversidad de organismos fotosintetizadores actuales, la atmósfera de la Tierra es actualmente de alrededor del 21% O 2. Además, este O 2 es vital para la creación de la capa de ozono (ver capítulo 10.2), que protege la vida de la dañina radiación ultravioleta emitida por el sol. El ozono (O 3) se crea a partir de la descomposición y reensamblaje de O 2.
    2. Proporciona energía para casi todos los ecosistemas. Al transformar la energía de la luz en energía química, la fotosíntesis proporciona la energía utilizada por los organismos, ya sean plantas, saltamontes, lobos u hongos. Las únicas excepciones se encuentran en ecosistemas muy raros y aislados, como los respiraderos hidrotermales cercanos al mar profundo donde los organismos obtienen energía que originalmente provenía de minerales, no del sol.
    3. Proporciona el carbono necesario para las moléculas orgánicas. Los organismos están hechos principalmente de dos cosas: agua y moléculas orgánicas, estas últimas a base de carbono. A través del proceso de fijación de carbono, la fotosíntesis toma carbono del CO 2 y lo convierte en azúcares (que son orgánicos). El carbono en estos azúcares se puede reutilizar para crear los otros tipos de moléculas orgánicas que los organismos necesitan, como lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Por ejemplo, el carbono utilizado para hacer tu ADN alguna vez fue CO 2 utilizado por organismos fotosintéticos (ver sección 3.1 para más información sobre las redes alimentarias).

    Colaboradores y Atribuciones


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