3.1: Descubrimiento de la fotosíntesis

La historia de los estudios realizados sobre la fotosíntesis se remonta al siglo XVII con Jan Baptist van Helmont. Rechazó la antigua idea de que las plantas toman la mayor parte de su biomasa del suelo. Para la prueba, realizó experimento de sauce. Empezó con un sauce de 2.27 kg. A lo largo de 5 años, creció a 67.7 kg. Sin embargo, el peso del suelo sólo disminuyó 57 gramos. Van Helmont llegó a la conclusión de que las plantas deben tomar la mayor parte de su peso del agua. No sabía de gases.

Joseph Priestley realizó una serie de experimentos en 1772 (Figura\(\PageIndex{1}\)). Probó un ratón, una vela y una ramita de menta debajo de un frasco herméticamente sellado (no puede entrar ni salir aire). Primero observó que un ratón y una vela se comportan de manera muy similar cuando están cubiertos, en que ambos “gastan” el aire. Sin embargo, cuando se coloca una planta ya sea con la vela o el ratón, la planta “revive” el aire para ambos.

A finales de la década de 1700 surgieron ideas adicionales. Jan Ingenhousz y Jean Senebier descubrieron que el aire sólo está reviviendo en el día y que el CO\(_2\) es ensamblado por las plantas. Antoin-Laurent Lavoiser encontró que el “aire revivido” es un gas separado, el oxígeno.

Pero, ¿qué es el “fabricante” de oxígeno? Hay muchos pigmentos en las plantas, y todos aceptan y reflejan algunas partes del arco iris. Para identificar al culpable, Thomas Engelmann realizó un experimento (Figura\(\PageIndex{2}\)) usando un prisma de cristal. Encontró que las algas Spirogyra producen oxígeno principalmente en las partes azul y roja del espectro. Este fue un hallazgo enorme. Dice que el pigmento fotosintético clave debe aceptar los rayos azules y rojos, y así reflejar los rayos verdes. La clorofila azul-verde se ajusta mejor a esta descripción.

Otro dato importante fue descubierto por Frederick Blackman en 1905. Encontró que si la intensidad de la luz es baja, el incremento de la temperatura en realidad tiene muy poco efecto sobre la tasa de fotosíntesis (Figura\(\PageIndex{3}\)). Sin embargo, lo contrario no es exactamente cierto, y la luz es capaz de intensificarse

Figura\(\PageIndex{1}\) Experimentos de J. Priestley (1772).

fotosíntesis incluso cuando hace frío.

Esto no podría suceder si la luz y la temperatura son factores absolutamente independientes. Si la temperatura y la luz son componentes de la cadena, la luz fue primero (“ignición”) y la temperatura fue la segunda. Esto demuestra en última instancia que la fotosíntesis tiene dos etapas. El primero es un escenario ligero. Esta etapa se relaciona con la intensidad de la luz. La segunda etapa es la etapa enzimática (independiente de la luz) que se relaciona más con la temperatura. Las reacciones de luz dependen de la cantidad de luz y agua; producen oxígeno y energía en forma de ATP. Las reacciones enzimáticas dependen del dióxido de carbono y del agua; toman energía de las reacciones de luz y producen carbohidratos. En ocasiones, la etapa enzimática se llama “oscura” pero no es correcta porque en la oscuridad, la planta se quedará sin ATP de etapa luminosa casi de inmediato. Solo algunos procesos\(_4\) relacionados con C (ver abajo) podrían funcionar por la noche.

Dado que las moléculas de agua se gastan en etapa de luz para producir oxígeno y al mismo tiempo se están acumulando (ver abajo), una de las mejores “ecuaciones” que describen la fotosíntesis en su conjunto es\[{CO}_2 + {H}_2{O} + {light} \rightarrow {carbohydrates} + H_2O + O_2\]

Figura\(\PageIndex{2}\) Experimento de Th. Engelmann (1881).