La fotosíntesis puede verse como un proceso complejo que posee momentos bien diferenciados. La primera es la fase luminosa, en la que ocurren las reacciones dependientes de la luz. Aunque ya conocíamos a detalle lo que ocurre aquí, científicos acaban de descubrir que la fotosíntesis requiere mucha menos luz de lo que pensábamos para comenzar, solamente un fotón.

«Se ha realizado una gran cantidad de trabajo, tanto teórico como experimental, en todo el mundo para comprender qué sucede después de que se absorbe un fotón», dice Graham Fleming, bioquímico de la Universidad de California. «Pero nos dimos cuenta de que nadie estaba hablando del primer paso. Esa era una pregunta que debía responderse en detalle».

El heraldo

Este grupo de especialistas en óptica cuántica y biología demostró que un solo fotón puede iniciar la fotosíntesis en la bacteria púrpura Rhodobacter sphaeroides, y confían en que lo mismo ocurre en plantas y algas, ya que todos los organismos fotosintéticos tienen un ancestro evolutivo en común y procesos similares.

El Sol no distribuye generosamente las partículas de luz en la Tierra. En realidad, solo alrededor de 1000 fotones alcanzan una molécula de clorofila por segundo. Debido a la eficiencia limitada de la fotosíntesis en la captación de la luz solar para producir moléculas ricas en energía, los científicos supusieron que un solo fotón podría iniciar esta reacción.

Primero se enfocaron en una estructura bien estudiada de proteínas en bacterias moradas, llamada complejo de recolección de luz 2 (LH2), capaz de absorber fotones en una longitud de onda específica.

Luego, utilizando herramientas especializadas, crearon una fuente de fotones que generaba un par a partir de uno de mayor energía mediante una conversión descendente paramétrica espontánea. Durante un pulso, el primer fotón, llamado «el heraldo», fue captado por un detector de alta sensibilidad, indicando su llegada.

Fotones individuales

Cuando un fotón de 800 nanómetros golpea un anillo de moléculas en LH2, la energía se transfiere a un segundo anillo, que emite fotones fluorescentes con una longitud de onda de 850 nanómetros. En la naturaleza, esta transferencia de energía continúa hasta que comienza el proceso de fotosíntesis.

Encontrar un fotón de 850 nanómetros en el laboratorio fue una clara señal de que ese proceso había comenzado. El desafío consistía en lidiar con fotones individuales, los cuales son propensos a perderse. Para evitar esto, los científicos utilizaron el fotón heraldo como guía.

«Este experimento ha demostrado que realmente se pueden hacer cosas con fotones individuales», comenta la física química Birgitta Whaley de Berkeley. «Así que ese es un punto muy, muy importante».

Esta investigación, que estudia el comportamiento de los fotones individuales durante la fotosíntesis, nos brinda información crucial sobre el proceso de conversión de energía de la naturaleza.