fotosíntesis

En una habitación oscura se puede sostener una esfera luminosa sin tocarla: las paredes de rayos la empujan, pero no la queman. Así, más o menos, funciona la trampa que se construyó en Río de Janeiro para células de levadura. Unas pinzas ópticas normales, es decir, un rayo láser enfocado, actúan como tenazas de luz, pero esa misma luz atraviesa la célula de parte a parte.

Si apagas la vitrocerámica, el agua deja de hervir casi al instante. En el mundo de la catálisis se esperaba algo parecido: se detiene la reacción y todas las partículas intermedias desaparecen al momento. Pero unas nuevas observaciones sobre migas de platino han mostrado algo muy distinto.

La vida del par entrelazado de tripletes en la proteína es de unos 60 picosegundos, ocho veces más que en disolución. La luz solar es como un flujo continuo de pelotas que chocan contra una pared.

En las oscuras nubes interestelares donde nacen nuevas estrellas, la química comienza con una partícula diminuta: el ion trihidrógeno (H₃⁺). Choca con otros átomos y desencadena una cascada de reacciones que construyen moléculas cada vez más complejas. Durante mucho tiempo se pensó que la reacción principal que lo produce —la colisión de H₂⁺ con H₂— solo ocurría en la fase gaseosa.

En las profundidades negras del cosmos, en la superficie de diminutas partículas de hielo, tiene lugar una construcción silenciosa. Allí, donde la temperatura cae casi hasta el cero absoluto y la radiación es intensa, el aminoácido glicina (el ladrillo proteico más simple) se une consigo mismo.

Un diapasón golpeado suena limpio y durante mucho tiempo. Pero si mientras suena agitas ligeramente el propio diapasón, el sonido empezará a temblar y se apagará rápidamente. Algo parecido ocurre con los electrones en cualquier trozo de materia. Los átomos en la red nunca están quietos: las vibraciones térmicas los hacen temblar continuamente.

Un rayo de sol cae sobre una hoja, y en su interior se desencadena una carrera de relevos. La energía pasa de una molécula a otra hasta alcanzar su objetivo. En el fotosistema II (un complejo proteico que inicia la fotosíntesis), esta carrera la corren las moléculas de pigmento: clorofilas y feofitinas.

Imagina un vagón de metro abarrotado en hora punta. Los pasajeros no solo están de pie: respiran, desprenden humedad, se abren paso hacia las salidas y a veces se quedan atascados en las puertas, bloqueando el flujo. Ahora imagina que esos pasajeros pudieran remodelar las paredes del vagón, añadir barras de agarre o convertir el suelo en gel.

En las aguas costeras poco profundas, donde el agua va y viene, la vida sigue el ritmo del sol. La película marrón en la superficie del lodo no es simple suciedad, sino una densa comunidad de diminutas diatomeas.

Imaginen a un artista cuyo lienzo es un planeta entero y su paleta son moléculas que beben luz estelar. Su pincel son miles de millones de años de evolución, y su cuadro es un retrato espectral visible incluso desde otro sistema estelar.

Cada año, la comida que comemos le quita a la humanidad decenas de millones de años de vida, debido a dietas poco saludables. Y al mismo tiempo, un tercio de todos los gases de efecto invernadero que calientan el planeta nace en el camino del campo a la mesa.

Miles de millones de pequeños motores zumban dentro de cada ser vivo. Las células bombean sustancias sin parar, queman azúcar, construyen nuevas proteínas — y todo ese movimiento invisible nos calienta desde dentro. Para mantener el orden, la vida debe disipar calor al entorno, como una estufa que nunca se apaga.

Una fuente de fotones convencional puede compararse con la entrada de una discoteca con un solo portero. Trata de dejar pasar a los visitantes de uno en uno, pero a veces se cuelan parejas. Los físicos llaman a esto el problema de la pureza: los fotones deben ir estrictamente uno tras otro, de lo contrario los cálculos cuánticos fallan.

Las levaduras están atrapadas en un gel transparente, como pasas en una gelatina. No se mueven por sí solas, pero pronto empiezan a ascender. El secreto está en su propia «gaseosa». Durante la fermentación, las levaduras liberan dióxido de carbono. En un medio denso, el gas no se escapa, sino que se acumula hasta formar burbujas.

El agua sucia con antibióticos no es solo un desecho, sino una fuente oculta de energía. Los químicos construyeron un material a partir de dos partes: nanobarras de óxido de titanio (el pigmento blanco de pinturas y protectores solares) y nanohojas de nitruro de carbono.

Los paneles solares convencionales convierten la luz en electricidad, pero aquí la luz descompone el agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno es un combustible limpio, pero el proceso es lento. Para acelerarlo se añaden sustancias auxiliares que ceden electrones. A menudo se usa alcohol, pero es una pena desperdiciarlo.

En una fina película de agua, atrapada entre dos vidrios, viven bacterias. El oxígeno les llega solo a través de una de las paredes, como el aire entra a una habitación por una única ventana. Cuando hay pocas bacterias, no le prestan atención: una parte se adhiere a una pared, otra a la otra, y el panorama resulta simétrico.

La diminuta alga verde Chlamydomonas pasa su vida remando con sus dos flagelos hacia la luz, como un nadador hacia la orilla. Percibe la luz mediante una proteína fotorreceptora, y detrás de ella tiene una pequeña mancha roja, el 'ojo', que proyecta una sombra y ayuda a saber de dónde viene la luz.

Para la fotosíntesis con liberación de oxígeno es necesario descomponer el agua. Esto es parecido a una rueda hidráulica: para que gire, se necesita un flujo fuerte. La luz actúa como el flujo, y las partículas de luz son sus chorros.

Cuando un rayo de sol cae sobre una hoja, dentro de ella comienza una carrera de relevos. La energía de la luz pasa de una molécula de clorofila a otra hasta llegar al centro de reacción, el lugar donde se pone en marcha la química de la vida. Esta carrera se desarrolla con una precisión asombrosa: casi cada cuanto de luz encuentra su camino.

La luz de una bombilla ordinaria es un flujo de fotones individuales, como gotas de un grifo. Pero existe luz donde los fotones viajan en parejas, como gemelos que caminan juntos. Esta luz agrupada se ha querido usar durante mucho tiempo para medir distancias y fotografiar objetos ocultos tras una esquina.

El hielo de un cometa se estrella contra la joven Tierra. La presión en el punto de impacto es como si seis portaaviones se apoyaran sobre la uña del pulgar. En el laboratorio, estas condiciones se reproducen comprimiendo una diminuta muestra entre dos yunques que giran en direcciones opuestas.

En química hay dos mundos: en uno, el catalizador es una partícula sólida sobre cuya superficie ocurre la reacción; en el otro, es una molécula disuelta donde todo sucede alrededor de un único centro metálico. Estos mundos rara vez se encuentran. Pero en un nuevo trabajo, han convergido.

En el aire que respiramos ocurren constantemente eventos químicos invisibles al ojo. Uno de ellos es el nacimiento y la muerte instantánea de una partícula con la fórmula H₂COO. Se la llama «compuesto intermedio»: aparece por una fracción de segundo cuando las moléculas de ozono chocan con sustancias orgánicas, y de inmediato se deshace en fragmentos más simples.

En un vaso de agua se disuelven varias sales y formaldehído. Al cabo de un tiempo, el líquido se separa espontáneamente: aparecen gotas con membrana, parecidas a diminutas burbujas. Dentro de cada gota ocurren transformaciones químicas, y la gota misma crece al incorporar materia de la solución circundante. Estas gotas no son simples burbujas. En su interior se forman gotas más pequeñas, que también pueden crecer.

En cada hoja, bajo la luz, funciona una fábrica que descompone el agua en oxígeno e hidrógeno. El oxígeno sale al aire que respiramos, y el hidrógeno lo usa la planta para alimentarse. El corazón de esta fábrica es un complejo proteico con cuatro átomos de manganeso y un átomo de calcio.

En TRAPPIST-1, la fotosíntesis oxigénica pierde la carrera. Esta estrella enana emite sobre todo luz infrarroja, no visible como el Sol. Las plantas terrestres, capturando luz de ciertos colores, acumularon oxígeno, pero aquí esos rayos son escasísimos.

La vida comenzó con moléculas parecidas a una crema solar natural —a base de carbono, que absorbían el ultravioleta suave del joven Sol y lo transformaban en calor. Esta manera de disipar energía no era solo un calentador: obligaba a las moléculas a autoorganizarse, como cocineros que amasan con ingredientes caóticos una masa estructurada.

Las células vivas intercambian constantemente señales de luz, mil millones de veces más débiles que la luz del día. Es como un susurro que solo los instrumentos ultrasensibles pueden captar. Una célula sana susurra con ritmo; una cancerosa, de forma entrecortada, pero con una larga memoria de destellos pasados.