Descoberto novo tipo de fotossíntese - com importância na terra e no espaço

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/06/2018

Colônia de células onde as diferentes cores representam a fotossíntese dirigida pela clorofila-a (magenta) e pela clorofila-f (amarelo).[Imagem: Dennis Nuernberg]

Tecnologias agrícolas e espaciais

Uma equipe de biólogos de quatro países acaba de fazer uma descoberta inesperada: um novo tipo de fotossíntese, até agora desconhecido pelos cientistas.

A grande maioria da vida na Terra aproveita a parte vermelha da luz solar no processo de fotossíntese. O novo mecanismo usa uma faixa do espectro que não é visível ao olho humano: a luz infravermelha próxima.

O mecanismo foi detectado em uma ampla gama de cianobactérias (algas verde-azuladas) que comumente crescem em áreas sombreadas. E, como LEDs infravermelhos estão largamente disponíveis - eles são usados em controles remotos, por exemplo - a equipe já verificou que a fotossíntese na faixa do infravermelho próximo ocorre normalmente dentro de um armário escuro "iluminado" apenas com esses LEDs.

O impacto da descoberta vai além da compreensão básica de um fenômeno fundamental que ocorre nas plantas.

O efeito mais direto deverá ser na criação de novas tecnologias agrícolas, permitindo desenvolver culturas mais eficientes que tirem proveito dos comprimentos de onda mais longos da luz, e na criação de novos tipos de biorreatores para produção de químicos e combustíveis.

Mas haverá efeitos com um alcance bem maior, por exemplo, ampliando a forma como procuramos por vida alienígena em outros planetas e luas.

Fotossíntese além do limite vermelho

O tipo de fotossíntese padrão e quase universal usa o pigmento verde, conhecido como clorofila-a, tanto para coletar a luz quanto para usar sua energia para produzir compostos bioquímicos e oxigênio. O modo como a clorofila-a absorve a luz significa que apenas a energia da luz vermelha pode ser usada para a fotossíntese.

Como a clorofila-a está presente em todas as plantas, algas e cianobactérias que conhecemos, os cientistas acreditavam que a energia da luz vermelha estabelecia o "limite vermelho" para a fotossíntese - isto é, a quantidade mínima de energia necessária para fazer a química que produz oxigênio.

Células artificiais com fotossíntese também prometem abrir novos caminhos tecnológicos. [Imagem: Disease Biophysics Group/Harvard University]

No entanto, quando algumas cianobactérias são cultivadas sob luz infravermelha, os sistemas padrão contendo clorofila-a são desativados e diferentes sistemas contendo um tipo diferente de clorofila, a clorofila-f, assumem o controle.

Até agora acreditava-se que a clorofila-f apenas coletasse a luz. Dennis Nürnberg e seus colegas descobriram que não é assim, que a clorofila-f desempenha o papel fundamental na fotossíntese sob condições sombreadas, usando luz infravermelha de baixa energia para fazer a química complexa - esta é a fotossíntese "além do limite vermelho".

A fotossíntese baseada em clorofila-f representa um terceiro tipo de fotossíntese que é largamente disseminada, disseram os pesquisadores. Contudo, ele é usado apenas em condições sombreadas ricas em infravermelho; em condições normais de iluminação, a forma padrão vermelha de fotossíntese é usada pelos mesmos organismos e plantas.

"A nova forma de fotossíntese nos fez repensar o que pensávamos ser possível. Isto também muda a forma como entendemos os principais eventos no coração da fotossíntese padrão. Esse é o tipo de coisa que muda os livros didáticos," disse o professor Bill Rutherford, do Imperial College de Londres.

Outra área de interesse é a chamada biofotovoltaica, que promete células solares mais verdes. [Imagem: University of Cambridge]

Agricultura e astrobiologia

Estes novos dados deverão ser úteis para pesquisadores que tentam projetar culturas para realizar uma fotossíntese mais eficiente usando uma gama maior de luz. O modo como as cianobactérias estudadas se protegem de danos causados por variações no brilho da luz pode ajudar os pesquisadores a fazer melhoramentos nas culturas, afirmou a equipe.

O limite vermelho também é usado em astrobiologia para avaliar se alguma forma de vida complexa pode ter evoluído em planetas em outros sistemas solares - e isso agora terá que mudar.

Bibliografia:

Photochemistry beyond the red-limit in chlorophyll f-containing photosystems
Dennis J. Nürnberg, Jennifer Morton, Stefano Santabarbara, Alison Telfer, Pierre Joliot, Laura A. Antonaru, Alexander V. Ruban, Tanai Cardona, Elmars Krausz, Alain Boussac, Andrea Fantuzzi, A. William Rutherford
Science
Vol.: 360, Issue 6394, pp. 1210-1213
DOI: 10.1126/science.aar8313