¿Por qué el verde es el color de la naturaleza?

Los colores intensos de una amapola o de un carbonero atraen la mirada, pero también cumplen innumerables funciones para los seres vivos. En su libro reciente Todas las colores de la naturaleza, publicado por Ediciones Quae, Frédéric Archaux, ingeniero e investigador del INRAE, explora estas cuestiones color por color. A continuación reproducimos el inicio del capítulo dedicado al color verde.

por Frédéric Archaux, Chercheur, Inrae, Francia

Si hubiera que elegir un solo color para caracterizar a la vida, sin duda sería el verde, el de la clorofila. La vida en la Tierra no habría sido tan próspera sin este pigmento revolucionario capaz de convertir la energía del Sol en energía química.

Y sin los organismos fotosintéticos —desde diminutas bacterias oceánicas hasta gigantescos secuoyas—, ¿cuál habría sido el destino de los animales? Algunos incluso albergan en su propio organismo a estos valiosos aliados.

La fotosíntesis: un “sol verde”

Nuestra pertenencia al reino animal y nuestra dieta omnívora nos hacen olvidar hasta qué punto casi toda la vida depende de un proceso clave llevado a cabo casi exclusivamente por otros reinos: la fotosíntesis, es decir, la conversión de la energía luminosa en energía química almacenada en moléculas orgánicas.

Esta energía permite luego fabricar otras moléculas, a veces muy complejas, hacer funcionar nuestros músculos, mantener la temperatura corporal, entre muchas otras funciones. El verde es el color por excelencia de la fotosíntesis, el del pigmento principal que capta y transforma la energía luminosa: la clorofila (del griego khloros, verde, y phullon, hoja).

Por supuesto, no todos los organismos fotosintéticos son verdes, ya que otros pigmentos —no clorofílicos— pueden enmascarar la clorofila. Por ejemplo, en las algas rojas la fotosíntesis se basa exclusivamente en la clorofila A (la más extendida en la Tierra y en los océanos), pero estas algas también producen carotenos y proteínas llamadas ficobiliproteínas, de colores azul y rojo, que captan la energía luminosa y la transfieren luego a la clorofila.

No existe una sola clorofila, sino varias: A, B, C, D y F (sin contar subtipos como c1, c2 o c3), y la lista probablemente no esté completa: la clorofila F fue descubierta recién en 2010. Mientras que la clorofila A es universal, la B se encuentra principalmente en plantas, la C en algas pardas, diatomeas y dinoflagelados, y la D y la F en cianobacterias. La clorofila E, en cambio, fue extraída de un alga en 1966, pero nunca llegó a describirse formalmente.

Desde el punto de vista químico, estas moléculas se parecen mucho al hemo de nuestra hemoglobina, aunque con diferencias fundamentales: el ion metálico atrapado es magnesio y no hierro. Y, sobre todo, en lugar de captar oxígeno atmosférico, la clorofila libera oxígeno al fragmentar moléculas de agua para obtener átomos de hidrógeno.

La cascada bioquímica es particularmente compleja. La clorofila es la pieza central —a veces presente en cientos de unidades— de los fotosistemas, que incluyen decenas de otras moléculas. La gran mayoría de las moléculas de clorofila absorben fotones y transmiten esa energía de excitación por resonancia a las moléculas vecinas.

Las clorofilas absorben principalmente las radiaciones azul y roja, y reflejan el amarillo y el verde: esta es la razón del color de las plantas. Los dos picos de absorción varían ligeramente según el tipo de clorofila. De molécula en molécula, la energía llega hasta un par de clorofilas situadas en el centro de reacción del fotosistema, cuya función final es producir, por un lado, protones H⁺ y, por otro, electrones.

Estos protones pueden luego combinarse con el dióxido de carbono (CO₂) del aire y formar glucosa, un azúcar esencial para el metabolismo de la planta y de todos los seres vivos. La reacción, que consume agua y CO₂, libera como residuo oxígeno (O₂).

La consecuencia más importante de la aparición de la fotosíntesis fue un aumento enorme de la producción primaria del planeta. Inicialmente, la vida estaba confinada a las proximidades de fuentes hidrotermales ricas en hidrógeno y sulfuro de hidrógeno. La fotosíntesis permitió que los organismos se expandieran por toda la superficie del globo, siempre que hubiera luz y agua.

La fotosíntesis capta casi seis veces el equivalente al consumo energético total de la humanidad. Mientras los seres humanos liberamos cantidades colosales de CO₂ mediante la extracción de energías fósiles —alrededor de 35 mil millones de toneladas por año—, los organismos fotosintéticos almacenan entre 100 y 115.000 millones de toneladas anuales en forma de biomasa.

Este amplio “club” de consumidores de CO₂ incluye, además de las cianobacterias que originaron la fotosíntesis, a otras bacterias, algas y plantas, estas últimas surgidas de una endosimbiosis con una cianobacteria que, a lo largo de la evolución, dio origen a los cloroplastos.

Aun así, el rendimiento de la fotosíntesis es relativamente bajo: apenas alrededor del 5 % de la energía luminosa incidente se transforma en energía química, diez veces menos que el rendimiento de los mejores paneles fotovoltaicos actuales.

Cuando el verde entra en otros reinos

Otros reinos de la vida también integraron organismos fotosintéticos, en relaciones beneficiosas para todos los involucrados —o, en algunos casos, en detrimento de los propios organismos verdes—. Los líquenes, que representan cerca del 20% de las especies de hongos conocidas, presentan colores que van del gris al amarillo, naranja, rojo y verde.

Durante casi 140 años se creyó que los líquenes eran una simple asociación entre un hongo ascomiceto y un alga. Hoy se sabe que pueden incluir también cianobacterias clorofilianas o fijadoras de nitrógeno, varias algas, otro hongo (una levadura basidiomiceto), protistas e incluso virus.

En resumen, los líquenes son microcomunidades que pueden reunir hasta tres reinos de la vida, sin contar los virus. Su variada coloración resulta de la combinación de los pigmentos producidos por todos sus integrantes.

Animales que “roban” cloroplastos

El reino fúngico no tiene la exclusividad de la endosimbiosis con algas. También ocurre en algunos animales, como los cnidarios.

Dentro de este grupo, que incluye entre otros a los corales, se encuentra la actinia verde, una anémona que se distribuye desde el Canal de la Mancha hasta el mar Mediterráneo. En sus tentáculos verdosos con puntas rosadas alberga zooxantelas, algas fotosintéticas. En ausencia de estos huéspedes, la anémona pierde su coloración característica y se debilita hasta morir. La anémona verde vive en simbiosis con zooxantelas (algas) y sirve de refugio a pequeños crustáceos y peces (foto de la izquierda).

El cordero de mar (Costasiella kuroshimae, a la derecha) es una curiosa babosa marina que presenta en su dorso prolongaciones fusiformes verdes con puntas rosadas y amarillas, llamadas ceratas. Esta especie asiática, que mide menos de un centímetro, habita en aguas poco profundas. Tiene la capacidad de no digerir de inmediato los cloroplastos de las algas clorofiladas que ingiere y de trasladarlos hacia sus apéndices dorsales. Aunque el tema sigue siendo objeto de debate, todo indica que estos plastidios continúan siendo funcionales y aportan un complemento de azúcares valioso en períodos de escasez.

Este proceso, conocido como cleptoplastia (del griego kleptes, “ladrón”), no solo se observa en estos gasterópodos marinos, sino también en otros dos gusanos planos y en diversos eucariotas unicelulares —como algunos foraminíferos, dinoflagelados, ciliados y alveolados—, en los cuales los plastidios pueden permanecer funcionales desde una semana hasta dos meses después de la ingestión de las algas.

Pariente norteamericana de la salamandra manchada europea, con la que comparte una coloración negra salpicada de manchas amarillas —una señal aposemática que indica su toxicidad—, la salamandra moteada también ha establecido una asociación con un alga fotosintética: Oophila amblystomatis.

El huevo gelatinoso en el que se desarrolla el embrión presenta una coloración verde provocada por la proliferación de esta alga. Se ha demostrado experimentalmente que dichas algas tienen un efecto muy beneficioso sobre el crecimiento y la supervivencia de los embriones de salamandra, probablemente gracias al oxígeno que liberan, mientras que ellas se benefician de los desechos nitrogenados producidos por el metabolismo del embrión. Se trata, por lo tanto, de un claro caso de simbiosis.

Durante más de un siglo se creyó que las algas presentes en las charcas frecuentadas por este anfibio colonizaban los huevos desde el exterior. Sin embargo, técnicas avanzadas de imagen, combinadas con la búsqueda de ADN del alga en los tejidos embrionarios, revelaron una realidad muy distinta: las algas invaden los tejidos del embrión durante su desarrollo, donde parecen enquistarse.

La salamandra adulta continúa albergando estas algas en un estado de actividad reducida, aunque en cantidades cada vez menores con el paso del tiempo. Se las encuentra en particular en sus vías reproductivas, y las hembras parecerían capaces de transmitir algunas directamente a sus huevos. Los científicos aún intentan comprender cómo, a lo largo de su evolución, un vertebrado logró permitir la invasión de un alga sin desencadenar una respuesta agresiva de su sistema inmunológico.