La fluorescencia de la clorofila, ventana a un conocimiento sin precedentes sobre los vegetales

¿Cuánto dióxido de carbono atmosférico asimila un bosque a través de la fotosíntesis? ¿Qué variedades de plantas son menos sensibles al cambio global? Responder a esas preguntas ahora podría ser posible mediante la observación de la fluorescencia de la clorofila.

La clorofila, el pigmento verde que utilizan las plantas y las algas para captar la luz del Sol, emite una luz roja tenue durante la fotosíntesis. Esa denominada “fluorescencia de la clorofila”, invisible para el ojo humano, transmite información sobre la tasa instantánea de fotosíntesis, lo que proporciona una "ventana óptica" que rastrea el estado funcional y de salud de la planta.

Aunque desde hace décadas se conocen diferentes métodos manipulativos que permiten medir e interpretar la fluorescencia de la clorofila en una hoja o a nivel subcelular, solo desde recientemente se puede calcular la fluorescencia de la clorofila inducida directamente por el Sol (SIF), y obtener imágenes en un ecosistema y a escalas regionales.

Un equipo internacional que incluye, entre otros, a José Ignacio García Plazaola, del grupo de investigación Ekofisko del Departamento de Biología Vegetal y Ecología de la Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU), así como a Albert Porcar-Castell, de la Universidad de Helsinki en Finlandia, ha profundizado en el vínculo entre la SIF y la fotosíntesis, con especial énfasis en siete retos científicos pendientes de ser resueltos, y presenta una hoja de ruta para facilitar la realización de investigaciones futuras basadas en nuevas aplicaciones prácticas de las mediciones de SIF.

Esta planta, que el ojo humano ve totalmente de color verde, se ve de color rojo en la imagen debido a la emisión de fluorescencia de sus moléculas de clorofila, cuando es iluminada con una luz ultravioleta invisible al ojo humano y semejante a la del Sol. (Foto: UPV/EHU)

Las mediciones actuales de SIF se realizan con sensores ópticos hiperespectrales montados en torres, drones, aviones e, incluso, satélites. Por ejemplo, la misión satelital FLuorescence EXplorer (FLEX) de la Agencia Espacial Europea (ESA) está programada para su lanzamiento en 2024 y proporcionará mapas globales de SIF con una resolución de unos pocos cientos de metros.

Esos desarrollos allanan el camino para múltiples aplicaciones científicas y comerciales en ecofisiología vegetal, ecología, biogeoquímica, así como para la agricultura de precisión y silvicultura.

"Estas herramientas abren la puerta a la realización de estudios de fotosíntesis espacial y 3D en el campo, lo que ayudará a resolver cuestiones relacionadas con la dinámica fotosintética de las diferentes partes de una planta o ecosistema en condiciones del mundo real. La SIF también se puede aplicar en fenotipado fisiológico y detección previsual de estrés, que es una herramienta poderosa para las prácticas de manejo de cultivos y bosques de próxima generación”, explica José Ignacio García Plazaola.

Para cumplir con esos ambiciosos objetivos, se requieren estudios colaborativos multidisciplinarios y a múltiples escalas. La experiencia de la biología vegetal, la teledetección, la agronomía y la silvicultura deben fusionarse para traducir el contenido de información de SIF en aplicaciones innovadoras que aprovechen el conocimiento a través de las escalas moleculares, foliares y del dosel.

El estudio se titula “Chlorophyll a fluorescence illuminates a path connecting plant molecular biology to Earth-system science”. Y se ha publicado en la revista académica Nature Plants. (Fuente: UPV/EHU)