Ejercicio resuelto de Fotosíntesis · Biología · Cantabria · 2020

Una de las soluciones posibles para reducir los niveles de $\text{CO}_2$ en la atmósfera consistiría en incrementar la biomasa de fitoplancton marino (microalgas fotosintéticas). ¿En qué se basa este razonamiento? Dibuje un esquema breve del fenómeno biológico que lo explica, indicando en el mismo las fases de que consta, moléculas más relevantes que intervienen y el producto final del mismo. [2 puntos]

$\textbf{Una de las soluciones posibles para reducir los niveles de }$$\text{CO}_2$$\textbf{ en la atmósfera consistiría en incrementar la biomasa de fitoplancton marino (microalgas fotosintéticas). ¿En qué se basa este razonamiento? Dibuje un esquema breve del fenómeno biológico que lo explica, indicando en el mismo las fases de que consta, moléculas más relevantes que intervienen y el producto final del mismo. [2 puntos]}$

EN QUÉ SE BASA EL RAZONAMIENTO. En que el fitoplancton es AUTÓTROFO FOTOSINTÉTICO y, por tanto, FIJA dióxido de carbono: lo toma disuelto en el agua del mar y lo incorpora a materia orgánica. Cuanta más biomasa de microalgas haya, más carbono se retira del sistema por unidad de tiempo.

El razonamiento se apoya en tres hechos. El primero es que la fotosíntesis es el único proceso biológico que convierte carbono INORGÁNICO en carbono ORGÁNICO a gran escala, y su ecuación global lo dice todo: consume dióxido de carbono y libera oxígeno. El segundo es que el dióxido de carbono atmosférico y el disuelto en el océano están en EQUILIBRIO, de modo que si las algas retiran el disuelto, la atmósfera cede más al agua para restablecerlo. Y el tercero, decisivo, es que el fitoplancton no es un actor menor: realiza en torno a la mitad de la fotosíntesis del planeta, más que todos los bosques juntos, porque su superficie es enorme y su tasa de renovación muy rápida.

Hay además un mecanismo que hace especialmente eficaz al medio marino, la llamada BOMBA BIOLÓGICA DE CARBONO: parte del fitoplancton muerto y de los restos fecales del zooplancton sedimenta hacia el fondo abisal, donde el carbono queda secuestrado durante siglos o milenios, fuera del ciclo rápido. En un bosque, en cambio, el carbono vuelve a la atmósfera cuando la materia orgánica se descompone.

Conviene señalar, en honor a la verdad, que el balance neto no es tan simple: las algas también RESPIRAN, y de noche liberan dióxido de carbono. La fijación neta existe porque la fotosíntesis supera con creces a la respiración, y sobre todo porque una fracción del carbono se retira del ciclo por sedimentación. Y añadir nutrientes al mar para estimular el fitoplancton —la llamada fertilización oceánica— tiene efectos secundarios como la eutrofización y la anoxia del fondo.

EL FENÓMENO BIOLÓGICO ES LA FOTOSÍNTESIS. Su ecuación global es:

$6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} + \text{luz} \longrightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2$



LAS FASES y lo que ocurre en cada una:

FASE LUMINOSA, en la MEMBRANA DE LOS TILACOIDES del cloroplasto. La luz excita la clorofila del fotosistema II, que cede electrones a una cadena de transportadores; el hueco que deja se rellena oxidando AGUA, y en esa fotólisis se libera OXÍGENO. Los electrones pasan por la plastoquinona, el citocromo y la plastocianina hasta el fotosistema I, que vuelve a excitarlos y los entrega al $\text{NADP}^+$, reduciéndolo a NADPH. Mientras circulan, bombean protones al interior del tilacoide, y el gradiente resultante mueve la ATP sintasa, que fabrica ATP.

FASE BIOSINTÉTICA, en el ESTROMA. Es el CICLO DE CALVIN. La enzima RUBISCO fija el dióxido de carbono sobre la RIBULOSA-1,5-BISFOSFATO, y el compuesto resultante se escinde en dos moléculas de ácido 3-fosfoglicérico; estas se reducen a gliceraldehído-3-fosfato consumiendo el ATP y el NADPH de la fase luminosa, y la mayor parte se emplea en regenerar la ribulosa para que el ciclo continúe.

LAS MOLÉCULAS MÁS RELEVANTES son, por tanto: la CLOROFILA, que capta la luz; el AGUA, dador de electrones; el ATP y el NADPH, que enlazan las dos fases; la RUBISCO y la RIBULOSA-1,5-BISFOSFATO, que fijan el carbono; y el $\text{NADP}^+$ como aceptor final de los electrones de la fase luminosa.

EL PRODUCTO FINAL es materia orgánica: gliceraldehído-3-fosfato en el ciclo, y a partir de él GLUCOSA y los demás glúcidos, y con ellos los aminoácidos y los ácidos grasos del alga. Como subproducto se libera OXÍGENO. Y ese producto final es exactamente lo que da sentido al razonamiento del enunciado: el carbono que estaba en el dióxido de carbono atmosférico queda ahora inmovilizado en la biomasa del fitoplancton.