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Desde el espacio hasta las hojas

Un modelo físico-matemático permite calcular con precisión la fluorescencia que emiten las hojas de las plantas cuando incide en ellas la luz solar. Actualmente, los sensores remotos desde los satélites calculan el valor global que produce el follaje. Pero el nuevo modelo permite diferenciar lo que se produce en cada célula de la hoja, y de ese modo se puede obtener un diagnóstico de fotosíntesis más cercano a la realidad.

Calcular con mayor detalle la magnitud de la fotosíntesis que realiza la vegetación en una región determinada es relevante, entre muchas otras aplicaciones, para calcular cuánto dióxido de carbono es capturado por las plantas y, por lo tanto, quitado de la atmósfera. De hecho, este gas es el principal responsable del efecto invernadero y del calentamiento global.

Desde hace unos años, la cuantificación de la fotosíntesis puede realizarse desde el espacio a través de sensores remotos ubicados en los satélites. La clave se encuentra en medir la fluorescencia que emite la clorofila al recibir luz solar e iniciar el proceso de conversión de la materia inorgánica en materia orgánica. Ahora, un modelo físico-matemático realizado por investigadores de las Facultades de Ciencias Exactas y Naturales y de Agronomía de la UBA, permite estimar la fotosíntesis con mayor precisión.

Los sensores remotos miden la fluorescencia que emite globalmente el follaje, pero ese valor no da cuenta de la emisión real que sucede a nivel de la hoja o del cloroplasto. “Elaboramos un modelo para obtener, a partir de la fluorescencia que se observa, la que emite cada cloroplasto de la célula vegetal”, afirma María Gabriela Lagorio, profesora en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA e investigadora del CONICET. Los resultados se publicaron en Remote Sensing of Environment, y lo firman también Juan Romero, investigador en Exactas UBA, y  Gabriela Cordon, de la Facultad de Agronomía de la UBA.

Cuantificar la fotosíntesis tiene importancia para estimar la producción de biomasa en los cultivos y también para conocer la salud de los bosques.

Una fábrica en la hoja

El proceso de fotosíntesis se realiza en unas pequeñas fábricas que contienen las células vegetales, y se denominan cloroplastos. Esos diminutos compartimentos celulares contienen clorofila, ese pigmento responsable del color verde de las plantas. Cuando la luz solar incide en la clorofila, ésta pasa a un estado rico en energía (estado excitado) y desata una cadena de transferencia de electrones, poniendo en marcha el proceso de formación de oxígeno y de producción de hidratos de carbono que dan cuerpo a la planta.

La clorofila en estado excitado, además, libera energía como luz, lo que se conoce como fluorescencia de clorofila. Esa fluorescencia puede detectarse mediante sensores específicos, en tierra o desde el espacio.

 

“Analizando la luz que emite la hoja como fluorescencia se obtiene la capacidad de fotosíntesis de la planta”, explica Lagorio, y destaca: “Pero lo importante es la fluorescencia que se emite en cada cloroplasto de la hoja”.

En un trabajo previo, el equipo que lidera Lagorio había propuesto un modelo que permitía, a partir de la fluorescencia que emite la hoja, cuantificar lo que produce cada cloroplasto. En este nuevo estudio, elaboraron un modelo que, a partir de lo que emite el follaje, se puede reconstruir lo que produce un cloroplasto.

“El cálculo se realiza a partir de medir la luz que refleja el follaje, el suelo, y cuánto transmite el follaje”, detalla la investigadora, y agrega: “Midiendo la reflectancia de la hoja, se puede obtener la distribución espectral de los cloroplastos que en promedio forman parte del follaje”.

¿Por qué el cloroplasto brinda más información que la hoja? El hecho es que, una vez que salen los fotones del cloroplasto, parte es absorbida por la hoja y, en consecuencia, la información se distorsiona.

La ventaja de los métodos ópticos para calcular la fotosíntesis es que permiten obtener información a distancia, por ejemplo, desde los satélites. Si se quiere realizar el cálculo in situ, se emplean instrumentos que miden la cantidad de dióxido de carbono que absorbe la hoja, por unidad de tiempo.

Con la luz se mide el rendimiento cuántico del sistema. “El rendimiento cuántico de fotosíntesis es el número de f  otones derivados a fotosíntesis dividido por el número de fotones absorbidos por el sistema”, explica Lagorio. Un rendimiento cuántico cercano a 1 es muy alto. “Una hoja con un estado de salud muy bueno tiene rendimientos cuánticos de fotosíntesis de alrededor de 0.8”, agrega.

Actualmente los satélites miden la fluorescencia del follaje en su conjunto, y no llegan a calcular la que produce cada hoja. En este nuevo modelo, se puede estimar lo que emite, en promedio, cada hoja y cada cloroplasto. De este modo, se podrá disponer de una forma más precisa de evaluar la salud de la masa vegetal y la cantidad de dióxido de carbono que captura esa masa.

Vía: nexciencia.exactas.uba

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