Fotosíntesis, el proceso por el cual las plantas y otros organismos convierten la luz solar en energía química, ha sido un actor importante durante la evolución de la vida y la atmósfera de nuestro planeta. Aunque se comprenden la mayoría de los entresijos de la fotosíntesis, cómo evolucionaron los mecanismos necesarios sigue siendo un tema de debate. La respuesta a esta pregunta, sin embargo, en realidad puede estar enterrado en el mundo mineral.

En un estudio reciente publicado en Fronteras de las ciencias de la tierra , científicos de la Universidad de Pekín, Porcelana, cambió el enfoque en la investigación de la fotosíntesis de las plantas y bacterias un paso más hacia las rocas y sustancias que se encuentran en lo que se conoce como la "membrana mineral" de la Tierra. Proponen que varios componentes de esta capa relativamente delgada, como la birnessita, goethita, y hematita, también puede absorber energía de la luz solar y canalizarla en reacciones químicas. Pero, ¿cómo sucede esto?

Estos minerales semiconductores son sensibles a longitudes de onda específicas de la luz solar. Cuando absorben fotones, los electrones en estados de menor energía (banda de valencia) se excitan para saltar a estados de mayor energía (banda de conducción). Los fotoelectrones tienen suficiente energía para impulsar reacciones de reducción que de otro modo requerirían energía externa.

Asombrosamente, este mecanismo de fotosíntesis no clásico que ocurre en minerales semiconductores generalizados puede catalizar reacciones similares a las de la fotosíntesis biológica que se encuentran en las cianobacterias. Por ejemplo, ciertos minerales pueden promover la evolución de oxígeno (formación de moléculas de dioxígeno) y la fijación de carbono (produciendo compuestos orgánicos utilizando átomos de carbono de fuentes inorgánicas). Es más, estos minerales pueden incluso actuar como fotocatalizadores para la división del agua, que produce hidrógeno y oxígeno a partir del agua, y la conversión de dióxido de carbono atmosférico en productos de carbonato marino. Estos procesos combinados podrían haber jugado un papel transformador en toda la Tierra primitiva, provocando cambios notables en las condiciones atmosféricas y marinas para fomentar la evolución de formas de vida tempranas.

Más importante, los científicos notaron que la birnessita es estructuralmente similar a la "Mn ₄ CaO ₅ complejo en el núcleo de los sistemas de fotosíntesis de los organismos modernos. Este compuesto que contiene manganeso, que realiza la división del agua al absorber la luz solar, puede haber evolucionado realmente como un análogo de birnessita. El autor principal, el Dr. Anhuai Lu, explica:"Nuestro trabajo en este nuevo campo de investigación sobre los mecanismos de interacción entre la luz, minerales, y la vida revela que los minerales y los organismos son en realidad inseparables ". Los científicos postulan que las bacterias primitivas habrían dependido de minerales como la birnessita para convertir la luz solar en energía química útil al principio, antes de incorporar lentamente análogos estructurales en sus cuerpos celulares a lo largo de la evolución.

Una mejor comprensión de la fotosíntesis no clásica ayudará a los científicos a desentrañar los misterios detrás de la evolución de la vida y la composición química de nuestro planeta tal como lo conocemos. Desde un punto de vista más práctico, también ayudará en el desarrollo de métodos eficientes para recolectar energía solar. "Podemos utilizar la fotocatálisis mineral para promover la división del agua, mejorando así la eficiencia de los sistemas de biofotosíntesis y dando lugar a tecnologías revolucionarias, "comenta el Dr. Lu.

Desde el progreso en aplicaciones ecológicas hasta un conocimiento más profundo de la historia de la vida, Está claro que se puede ganar mucho con el estudio de las interacciones naturales entre la luz solar y los minerales. Al contrario de lo que dice el viejo refrán, ¡Todavía parece haber muchas cosas nuevas bajo el sol!