Un equipo de científicos del Instituto Indio de Ciencia (IISc) y el Instituto de Tecnología de California (Caltech) resolvió un misterio que lleva años dando vueltas en el mundo de la fotosíntesis.

Este proceso es clave: permite que plantas, algas y algunas bacterias aprovechen la luz del sol, generen oxígeno y almacenen energía en forma química. Sin fotosíntesis, no hay vida como la conocemos.

El estudio se centró en una etapa crucial del proceso: el movimiento de electrones dentro de un complejo proteína-pigmento llamado Fotosistema II (PSII), que da el primer paso en la fotosíntesis.

PSII atrapa la luz solar y rompe moléculas de agua, liberando oxígeno y mandando electrones a otros componentes del sistema. Aquí es donde ocurre algo curioso.

Aunque PSII tiene dos ramas simétricas, llamadas D1 y D2, los electrones solo se mueven por D1. Eso ha desconcertado a científicos por mucho tiempo.

Ambas ramas tienen los mismos componentes: clorofilas, feofitinas y plastoquinonas. Pero, por alguna razón, solo la D1 está activa en el flujo de electrones.

El equipo del estudio usó simulaciones moleculares, cálculos cuánticos y la teoría de Marcus para analizar paso a paso cómo fluye la energía en ambas ramas.

Descubrieron que en D2 hay una barrera energética mucho más alta. Los electrones necesitan el doble de energía para moverse ahí, y simplemente no lo logran.

Además, simularon cómo fluye la corriente en ambas ramas y vieron que D2 tiene una resistencia al paso de electrones cien veces mayor que D1. Como si tuviera un muro invisible.

También notaron que la clorofila de D1 tiene un estado excitado más bajo en energía que la de D2, lo que la hace más efectiva para atraer y mover electrones.

Todo eso sugiere que no es solo una cuestión de simetría estructural. Hay diferencias sutiles en cómo está organizado el entorno de las proteínas y pigmentos en cada rama.

Los investigadores creen que, si se intercambian algunos pigmentos –por ejemplo, poner clorofila donde hay feofitina en D2–, tal vez se pueda abrir ese camino bloqueado.

Eso sería un paso enorme para crear tecnologías como hojas artificiales o celdas solares biológicas, que imiten cómo las plantas transforman luz en energía.

Prabal K. Maiti, uno de los autores del estudio, dice que este avance ayuda a entender mejor cómo funciona la fotosíntesis a nivel fundamental.

Y Bill Goddard, de Caltech, agrega que este es un ejemplo brillante de cómo combinar distintas teorías para resolver un problema antiguo, aunque todavía hay cosas por descubrir.

Este trabajo fue publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences. Podría allanar el camino para nuevas soluciones energéticas limpias y sostenibles.