10.3: Luz y Pigmentos

¿Cómo se puede usar la luz para hacer alimentos? Es fácil pensar en la luz como algo que existe y permite que los organismos vivos, como los humanos, vean, pero la luz es una forma de energía. Como toda energía, la luz puede viajar, cambiar de forma y ser aprovechada para hacer el trabajo. En el caso de la fotosíntesis, la energía luminosa se transforma en energía química, que los autótrofos utilizan para construir moléculas de carbohidratos. Sin embargo, los autótrofos solo utilizan un componente específico de la luz solar (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\): Los autótrofos pueden capturar la energía luminosa del sol, convirtiéndola en energía química utilizada para construir moléculas de alimentos. (crédito: modificación de obra de Gerry Atwell, Servicio de Pesca y Vida Silvestre de los Estados Unidos)

¿Qué es la energía de la luz?

El sol emite una enorme cantidad de radiación electromagnética (energía solar). Los humanos solo pueden ver una fracción de esta energía, que se conoce como “luz visible”. La manera en que viaja la energía solar puede describirse y medirse como ondas. Los científicos pueden determinar la cantidad de energía de una onda midiendo su longitud de onda, la distancia entre dos puntos consecutivos similares en una serie de ondas, como de cresta a cresta o de canal a canal (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): La longitud de onda de una sola onda es la distancia entre dos puntos consecutivos a lo largo de la onda.

La luz visible constituye sólo uno de los muchos tipos de radiación electromagnética emitida por el sol. El espectro electromagnético es el rango de todas las longitudes de onda posibles de radiación (Figura\(\PageIndex{3}\)). Cada longitud de onda corresponde a una cantidad diferente de energía transportada.

Figura\(\PageIndex{3}\): El sol emite energía en forma de radiación electromagnética. Esta radiación existe en diferentes longitudes de onda, cada una de las cuales tiene su propia energía característica. La luz visible es un tipo de energía emitida por el sol.

Cada tipo de radiación electromagnética tiene un rango característico de longitudes de onda. Cuanto más larga es la longitud de onda (o cuanto más estirada aparece), menos energía se transporta. Las olas cortas y apretadas transportan la mayor cantidad de energía. Esto puede parecer ilógico, pero piénsalo en términos de un trozo de cuerda móvil. Se necesita poco esfuerzo de una persona para mover una cuerda en olas largas y anchas. Para hacer que una cuerda se mueva en olas cortas y apretadas, una persona necesitaría aplicar significativamente más energía.

El sol emite una amplia gama de radiación electromagnética, incluyendo rayos X y rayos ultravioleta (UV) (Figura\(\PageIndex{3}\)). Las ondas de mayor energía son peligrosas para los seres vivos; por ejemplo, los rayos X y los rayos UV pueden ser perjudiciales para los humanos.

Absorción de Luz

La energía lumínica entra en el proceso de fotosíntesis cuando los pigmentos absorben la luz. En las plantas, las moléculas de pigmento absorben solo la luz visible para la fotosíntesis. La luz visible vista por los humanos como luz blanca existe realmente en un arco iris de colores. Ciertos objetos, como un prisma o una gota de agua, dispersan la luz blanca para revelar estos colores al ojo humano. La porción de luz visible del espectro electromagnético es percibida por el ojo humano como un arco iris de colores, con violeta y azul teniendo longitudes de onda más cortas y, por lo tanto, mayor energía. En el otro extremo del espectro hacia el rojo, las longitudes de onda son más largas y tienen menor energía.

Las longitudes de onda de la luz que se reflejan desde un objeto y rebotan son detectadas por nuestros ojos. Las longitudes de onda de la luz que son absorbidas por un objeto no llegan a nuestros ojos. Esto quiere decir que el color que aparece un objeto se debe a las longitudes de onda que se reflejan y no a las que se absorben. Por ejemplo, la manzana en Figura\(\PageIndex{4}\) aparece roja (asumiendo que no eres daltónico). Esto se debe a que las longitudes de onda rojas de la luz se reflejan en la manzana y las otras longitudes de onda (amarillo, verde, azul, morado) son absorbidas por la manzana.

Figura\(\PageIndex{4}\): Esta manzana aparece roja porque refleja las longitudes de onda rojas de la luz. Otras longitudes de onda son absorbidas por la manzana.

Comprensión de los pigmentos

Existen diferentes tipos de pigmentos, y cada uno absorbe solo ciertas longitudes de onda (colores) de luz visible. Los pigmentos reflejan el color de las longitudes de onda que no pueden absorber. Todos los organismos fotosintéticos contienen un pigmento llamado clorofila a, que los humanos ven como el color verde común asociado con las plantas. La clorofila a absorbe longitudes de onda de cualquiera de los extremos del espectro visible (azul y rojo), pero no del verde. Debido a que el verde se refleja, la clorofila aparece verde.

Otros tipos de pigmentos incluyen la clorofila b (que absorbe la luz azul y rojo-naranja) y los carotenoides. Cada tipo de pigmento se puede identificar por el patrón específico de longitudes de onda que absorbe de la luz visible, que es su espectro de absorción.

Muchos organismos fotosintéticos tienen una mezcla de pigmentos; entre ellos, el organismo puede absorber energía de una gama más amplia de longitudes de onda de luz visible. No todos los organismos fotosintéticos tienen pleno acceso a la luz solar. Algunos organismos crecen bajo el agua donde la intensidad de la luz disminuye con la profundidad, y ciertas longitudes de onda son absorbidas por el agua. Otros organismos crecen en competencia por la luz. Las plantas en el suelo de la selva tropical deben ser capaces de absorber cualquier poco de luz que pase, porque los árboles más altos bloquean la mayor parte de la luz solar (Figura\(\PageIndex{5}\)).

Figura\(\PageIndex{5}\): Las plantas que comúnmente crecen en la sombra se benefician de tener una variedad de pigmentos absorbentes de luz. Cada pigmento puede absorber diferentes longitudes de onda de luz, lo que permite que la planta absorba cualquier luz que pase a través de los árboles más altos. (crédito: Jason Hollinger)

Consulta\(\PageIndex{1}\)

Consulta\(\PageIndex{2}\)

Referencias

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Texto adaptado de: OpenStax, Conceptos de Biología. OpenStax CNX. mayo 18, 2016 http://cnx.org/contents/b3c1e1d2-839...9a8aafbdd@9.10