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Un grupo internacional de biólogos ha efectuado un audaz atraco, robando valiosos electrones de algas fotosinténticas

Este robo de energía podría abrir un camino a una explotación más eficiente de la fotosíntesis en máquinas con biocombustibles ya estamos convirtiendo la energía solar en una forma que los motores pueden utilizar, pero se pierden casi tres cuartas partes de la energía solar absorbida por los organismos antes de que se puedan convertir en azúcares o almidones utilizados para fabricar biocombustibles.

La obtención de energía fotosintética en forma temparna en el proceso debería permitir mucho más que extraerlos, dice WonHyoung Ryu de la Universidad de Yonsei en Seúl, Corea del Sur. «Teóricamente deberíamos ser capaces de recoger todos los electrones fotosintéticos.»

Células atrapadas

Ryu trabajó con colegas de la Universidad de Stanford, California, para conectar los electrodos de oro directamente en las células de algas y extraer los electrones con la energía absorbida de la luz.


El equipo capturó algas unicelulares Chlamydomonas en pequeños cepos. Instalaron un electrodo ultrafino de oro en un microscopio de fuerza atómica e insertaron la punta de 30 nanómetros de ancho en de los órganos de fotosíntesis —los cloroplastos— de una célula de alga. El electrodo que estaba conectado a un instrumento medidor de corriente eléctrica, y un segundo electrodo de oro se colocó en el medio de crecimiento de la célula para completar el circuito.

La luz que llega a los cloroplastos de un alga es utilizado por las proteínas en su interior para separar el oxígeno del agua, liberando electrones que pasan a otras moléculas para proporcionar energía a las reacciones químicas.

Cuando Ryu y sus colegas encendieron una lámpara halógena sobre sus algas, los electrones fueron desviados hacia el exterior por el electrodo. Su circuito registró una corriente de 1,2 picoamperios, que equivale a un rendimiento de 0,6 miliamperios por centímetro cuadrado. Al aumentar la intensidad de la luz, se eleva a un valor máximo de 6 miliamperios por centímetro cuadrado, dijo Ryu.

En contrate, algunas células solares de silicio tienen una densidad de corriente de 35 miliamperios por centímetro cuadrado. A pesar de eso, Ryu cree que su algas podría encontrar un lugar en la generación de energía. «La eficiencia de una célula solar también está relacionada con la longitud de onda de la luz», dice. «Creemos que nuestro sistema de bio-energía solar puede proporcionar una mayor eficacia que las células solares basadas en silicio, en longitudes de onda particulares». La clorofila, por ejemplo, ha evolucionado para absorber bien la luz azul y roja, pero no absorbe mucha cantidad de luz verde, de ahí su color.

¿Dónde vamos ahora?

El equipo piensa que el electrodo de oro obtuvo una porción de alrededor del 20 por ciento de la cantidad total de los electrones fotosintéticos de las algas. Calcularon esto comparando la cantidad de electrones que circulan por el circuito con el número teórico que una célula sin conectar utiliza para generar oxígeno en las mismas condiciones. Unas mejoras en el diseño del electrodo deberían elevar esa cifra, dice Ryu.

Wim Vredenberg, de la Universidad de Wageningen y el Centro de Investigación en los Países Bajos, ha utilizado técnicas similares para estudiar la fotosíntesis de las algas. «[Pero] nunca he pensado en la exploración de tecnologías electro-fisiológicas para recoger los fotoelectrones generados en los cloroplastos,» él dice.

El bioquímico James Barber, del Imperial College de Londres dice que el trabajo es bueno, pero que cosechar electrones de esta manera es poco práctico a gran escala. Usando electrones de alta energía que se «fugan» de algunos microorganismos —un fenómeno explotado en las células de combustible microbianas— es más práctico, dice.

«Todavía hay mucho que hacer para lograr un sistema práctico», reconoce Ryu. «Pensamos en tener una serie de soportes con electrodos múltiples para un sistema a gran escala», dice. Cada electrodo traspasaría el cloroplasto de una célula de alga por separado, sostenidas en una serie de cepos.

Pero queda una pregunta sin respuesta. «No sabemos con certeza qué efecto tendrá el robo de electrones en la vida de las células», dijo Ryu. «Queremos mantenerlas con vida el mayor tiempo posible».

Referencia de publicación: Nano Letters, DOI: 10.1021/nl903141j

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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