Un sistema híbrido de bacterias y nanocables (una suerte de bacterias ciborg o biohíbrido) que capturan la energía de la luz solar y la transfieren a las bacterias para convertir el dióxido de carbono y el agua en moléculas orgánicas y oxígeno ha sido desarrollado por parte de investigadores químicos de la Universidad de California Berkeley y el Lawrence Berkeley National Laboratory.

La eficacia es mayor que la eficiencia fotosintética de la mayoría de las plantas.

Un sistema para la Tierra y Marte

Este sistema podría ser útil tanto para la Tierra (podría eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera) como para Marte (proporcionaría a los colonos materia prima para fabricar compuestos orgánicos que van desde combustibles hasta medicamentos). Según explica el líder del proyecto, Peidong Yang:

Marte, aproximadamente el 96% de la atmósfera es CO2. Básicamente, todo lo que necesita es estos nanocables de semiconductores de silicio para absorber la energía solar y transmitirla a estos insectos para que hagan la química. Para una misión en el espacio profundo, es importante el peso de la carga útil, y los sistemas biológicos tienen la ventaja de que se auto-reproducen: no necesitas enviar mucho. Es por eso que nuestra versión biohíbrida es tan atractiva.

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Fotosíntesis artificial para obtener energía y aire limpio

Estamos, pues, ante un hito en el empaquetamiento de estas bacterias (Sporomusa ovata) en un "bosque de nanocables" para lograr una eficiencia récord: el 3,6% de la energía solar entrante se logra convertir. Es comparable a la planta que mejor convierte CO2 en azúcar: la caña de azúcar, que tiene una eficiencia del 4-5%.

Los nanocables son delgados hilos de silicio de aproximadamente una centésima parte del ancho de un cabello humano, utilizados como componentes electrónicos, y también como sensores y células solares, pero en este experimento en particular, los nanocables se usaron solo como cables conductores, no como absorbentes solares. Un panel solar externo proporcionó la energía.

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Una batería a partir de cianobacterias impresas: usando la fotosíntesis para encender una bombilla o un reloj digital

El sistema funciona como la fotosíntesis que las plantas emplean naturalmente para convertir el dióxido de carbono y el agua en compuestos de carbono. La dieferencia es que aquí se produce una molécula de dos carbonos llamada acetato: esencialmente ácido acético o vinagre. Las moléculas de acetato pueden servir como bloques de construcción para una variedad de moléculas orgánicas, desde combustibles y plásticos hasta medicamentos.

Por el momento, los investigadores continúan buscando formas de aumentar la eficiencia del biohíbrido, y también está explorando técnicas para diseñar genéticamente las bacterias para que sean más versátiles

En el macizo rocoso de la Faja Pirítica Ibérica, zona en la que nace el río Tinto se han detectado por primera vez a 607 metros de profundidad a cianobacterias vivas.

Las cianobacterias comprenden las bacterias capaces de realizar fotosíntesis oxigénica, la modalidad de fotosíntesis en la que el agua es el donante primario de electrones y que, por lo tanto, libera oxígeno como subproducto.

Como Marte

Esta zona de la provincia de Huelva es considerada por la astrobiología como un análogo terrestre de Marte. Y no se sabía que pudieran haber cianobacterias a tamaña profundidad. Hasta ahora, su rango ecológico parecía estar restringido a ambientes con presencia al menos ocasional de luz solar.

Es lo que señala un nuevo estudio, liderado por investigadores del Centro de Astrobiología (CAB) y publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), donde han se presentan evidencias moleculares, microscópicas y metagenómicas del predominio de cianobacterias en el subsuelo.

El hallazgo pone de manifiesto la gran versatilidad de las cianobacterias, uno de los microorganismos más antiguos de nuestro planeta; y permite plantear nuevos modelos sobre su origen y evolución, así como la presencia de organismos similares en biosferas actuales o primitivas en otros planetas o lunas.

Este nuevo método logró absorber más luz solar que la fotosíntesis natural, lo que podría revolucionar la forma en la que podemos convertir luz solar en combustible.

El método para 'dividir' el agua en hidrógeno y oxígeno alterando la maquinaria fotosintética en las plantas ha sido desarrollado por investigadores del St John's College de Cambridge y han publicado los resultados en Nature Energy.

Hidrógeno

El hidrógeno, que se produce cuando se produce esta 'división' del agua, podría ser una fuente verde e ilimitada de energía renovable. Pero, si bien la fotosíntesis artificial ha existido durante décadas, aún no se ha utilizado con éxito para crear energía renovable, ya que se basa en el uso de catalizadores, que a menudo son caros y tóxicos.

En nuevo método, semi-artificial, sin embargo, tiene como objetivo superar las limitaciones de la fotosíntesis totalmente artificial mediante el uso de enzimas para crear la reacción deseada.

La hidrogenasa es una enzima presente en las algas que es capaz de reducir protones en hidrógeno. Durante la evolución, este proceso se ha desactivado porque no era necesario para la supervivencia, pero logramos evitar la inactividad para lograr la reacción que queríamos dividiendo el agua en hidrógeno y oxígeno.

Una nueva investigación de científicos de la Universidad de Washington en St. Louis muestra que pronto podría ser posible diseñar plantas para desarrollar su propio fertilizante.

Este descubrimiento podría tener un efecto revolucionario en la agricultura y la salud del planeta.

Fertilizante ineficiente

La creación de fertilizantes consume mucha energía y el proceso produce gases de efecto invernadero que son un importante impulsor del cambio climático, además de que el proceso es muy ineficiente.

La fertilización es un sistema de entrega de nitrógeno, que las plantas utilizan a fin de crear clorofila para realizar la fotosíntesis, pero menos del 40 por ciento del nitrógeno de los fertilizantes llega a la planta. Otro problema: los fertilizantes arrastrados por la lluvia terminan en arroyos, ríos, bahías y lagos, alimentando algas que pueden crecer sin control, bloqueando la luz solar y matando la vida animal y vegetal a continuación.

Sin embargo, hay otra fuente abundante de nitrógeno a nuestro alrededor. La atmósfera de la Tierra tiene un 78 por ciento de nitrógeno, y se acaba de diseñar una bacteria que puede usar ese gas atmosférico, en un proceso conocido como "fijación" de nitrógeno. Un paso significativo hacia la ingeniería de plantas que podrían llegar a hacer lo mismo.

La bacteria utilizada en esta investigación, Cyanothece, puede fijar nitrógeno debido a algo que tiene en común con los seres humanos: tiene ritmo circadiano, lo que hace que haga la fotosíntesis durante el día, convirtiendo la luz solar en la energía química que utilizan como combustible, y fije nitrógeno por la noche, después de eliminar la mayor parte del oxígeno creado durante la fotosíntesis.

El equipo de investigación tomó los genes de Cyanothece, responsable de este mecanismo circadiano, y los añadió a otro tipo de cianobacterias, Synechocystis. Con solo 24 de los genes Cyanothece, Synechocystis pudo fijar nitrógeno a una tasa de más del 30 por ciento de Cyanothece.

Esto significa que la senda abierta por este grupo de investigadores es factible. Cuando conozcan mejor los detalles del proceso y puedan reducir aún más el subconjunto de genes necesarios para la fijación de nitrógeno, el siguiente paso podría ser el de concebir directamente plantas fijadoras de nitrógeno.

La agricultura, esa actividad tan inherentemente antiecológica desde que empezó a desarrollarse en el Neolítico, podría dar un salto enorme hacia la sostenibilidad.

En vez de usar luz visible, este nuevo tipo de fotosíntesis recién descubierta tiene lugar gracias a la luz en el infrarrojo cercano. Así pues, la llamada clorofila-f parece que juega un papel clave en la fotosíntesis bajo condiciones de sombra, utilizando luz infrarroja de baja energía para hacer la química compleja.

El descubrimiento, publicado en la revista Science, fue dirigido por el Imperial College London, obligará a reescribir los libros de texto y nos dará pistas sobre cómo podríamos diseñar cultivos más eficientes que aprovechen las longitudes de onda de luz más largas.

Luz infrarroja

Este nuevo proceso de fotosíntesis se ha identificado en una amplia variedad de cianobacterias (algas verdeazuladas) en condiciones de sombra, como las esteras bacterianas en Yellowstone y en las rocas de la playa en Australia.

Cuando algunas cianobacterias crecen bajo luz cercana al infrarrojo, los sistemas tradicionales que contienen clorofila-a se cierran y diferentes sistemas que contienen un tipo diferente de clorofila, clorofila-f, toman el control. Encontrar un tipo de fotosíntesis que funcione más allá del límite rojo cambia nuestra comprensión de los requisitos energéticos de la fotosíntesis. Según ha explicado el investigador principal, Bill Rutherford, del Departamento de Ciencias de la Vida del Imperial:

La nueva forma de fotosíntesis nos hizo reconsiderar lo que pensamos que era posible. También cambia la forma en que entendemos los eventos clave en el corazón de la fotosíntesis estándar. Esto es algo que supone un cambio en los libros de texto.

El descubrimiento también brindaría información para, en un futuro, desarrollar un alga diseñada genéticamente para sobrevivir y producir oxígeno en Marte.

Producir oxígeno en naves espaciales con microalgas, y evitar así la necesidad de transportarlo desde la Tierra es un proyecto de la ESA que se ha puesto en marcha en la Estación Espacial Internacional (ISS).

Este royecto piloto, bautizado como Artemiss, estudiará cómo la fotosíntesis tiene lugar en el espacio. El proyecto es parte del Sistema Alternativo de Soporte Microecológico para la Vida (Melissa), una iniciativa que está desarrollando tecnologías regenerativas para el soporte vital.

Microalgas

El proyecto piloto Artemiss es el primero de su clase. La microalga escogida para realizar estas pruebas es de la especie Arthrospira, conocida comúnmente como espirulina, en un fotobiorreactor, una especie de cilindro bañado en luz.

Al terminar la prueba, se analizarán las microalgas en cuanto el caguero Dragon en que han sido enviadas regrese a la Tierra en abril, observando su información genética para obtener una imagen más clara de los efectos de la ingravidez y la radiación en las células de estas plantas.

En la ISS, el dióxido de carbono se transformará mediante la fotosíntesis en oxígeno y biomasa consumible, como proteínas.

Fernando Uribe-Romo y sus alumnos de la Universidad de Florida Central, han detallado en Journal of Materials Chemistry cómo desencadenar la fotosíntesis con un material que convierte el dióxido de carbono y la luz visible en combustible solar, a la vez que elimina del aire este gas de efecto invernadero.

Energía limpia

Según explica el propio Fernando Uribe-Romo:

Adaptar materiales que absorban un color específico de luz es muy difícil desde el punto de vista científico, pero desde el punto de vista social estamos contribuyendo al desarrollo de una tecnología que puede ayudar a reducir los gases de efecto invernadero.

Es como un proceso artificial de la fotosíntesis similar a la manera que las plantas convierten el dióxido de carbono (CO2) y la luz del sol en alimento. Pero en lugar de producir alimentos, el **método de Uribe-Romo produce combustible solar**. Para ello usó titanio, un metal común no tóxico, y agregó moléculas orgánicas que actúan como antenas de recolección de luz para ver si esa configuración funcionaría. Las moléculas ligeras de la antena recolectora, llamadas N-alquil-2-aminotereftalatos, se pueden diseñar para absorber colores específicos de la luz cuando se incorporan en el MOF. En este caso lo sincronizó con el color azul.

Según un nuevo estudio, publicado en la revista Nature, el oxígeno apareció en la atmósfera hasta 700 millones de años antes de lo que se pensaba, un hecho que plantea nuevos interrogantes acerca de la evolución de la vida primitiva.

Investigadores de la Universidad de Copenhague y la Universidad de British Columbia han estado examinando la composición química de unos suelos de tres mil millones de años de edad, procedentes de Sudáfrica (los suelos más antiguos del planeta), y encontraron evidencias de bajas concentraciones de oxígeno atmosférico.

Investigaciones anteriores indicaron que el oxígeno comenzó a acumularse en la atmósfera hace unos 2.300 millones años, durante un período dinámico en la historia de la Tierra conocido como la Gran Oxidación.

Siempre hemos sabido que la producción de oxígeno por fotosíntesis condujo a la eventual oxigenación de la atmósfera y a la evolución de la vida aeróbica

Comenta Sean Crowe, co-autor del estudio y profesor de la UBC.

Este estudio sugiere que el proceso se inició muy temprano en la historia de la Tierra, apoyando una mayor antigüedad a la producción de oxígeno por medio de la fotosíntesis y la vida aeróbica

Afirma Crowe.

No hubo oxígeno en la atmósfera durante al menos cientos de millones de años después de que la Tierra se formara.

Hoy en día, la atmósfera de la Tierra se compone de un 20 por ciento de oxígeno gracias a las bacterias fotosintéticas que, al igual que las plantas verdes y las algas, consumen dióxido de carbono y liberan oxígeno.

Las bacterias sentaron las bases para que otros organismos respiraran oxígeno, evolucionando y habitando el planeta.

Estos hallazgos indican todo el tiempo que les llevó a los procesos geológicos y biológicos en tramar y producir la atmósfera rica en oxígeno que ahora disfrutamos

Concluye Lasse Døssing, el otro autor del estudio perteneciente a la Universidad de Copenhague.

Vía | UBC

Un equipo de investigadores de la Universidad de Queensland, en Estados Unidos, ha conseguido desarrollar un panel solar que, a partir de un tinte transparente, permite reducir el gasto energético de una construcción, y que puede incluso generar energía.

Estos paneles solares se basan en una tecnología denominada fotosíntesis artificial, (en analogía con la clorofila), ya que el tinte absorbe la luz y produce electricidad.

Los paneles están compuestos de un electrolito, una capa de titania, pigmento usado en la pasta de dientes, y tinte de rutenio, situado entre dos capas de vidrio. La luz solar que incide sobre el tinte excita los electrones, que son absorbidos por la titania y luego convertidos en corriente eléctrica.

Estos paneles son más baratos que los de silicio, ya que requieren de materiales tan caros como éstos. Además supondrán un paso adelante para lograr el paradigma de lavivienda sostenible, y su aplicación resultaría muy interesante en rascacielos. Se espera que estén listos para su comercialización en los próximos dos años, estando disponibles en distintos colores de tinte: rosa, azul, verde o gris.

Vía |ERenovable Más información | Inhabitat En Genciencia | Cambio de paradigma en la edificación: Vivienda sostenible