A resposta simples para explicar porque é que as plantas são verdes é que estas absorvem quase todos os fotões das regiões vermelha e azul do espectro de luz, enquanto só o fazem para 90% da luz verde. Assim, como a pequena quantidade de luz que refletem é dessa cor, é por isso que as plantas são verdes. No entanto, esta resposta simples não é suficiente, pelo que uma equipa decidiu investigar a fundo o tema e descobrir mais sobre os sistemas complexos de fotossíntese e como todo o processo se desenrola na Natureza.
A conclusão simples parece sugerir que há um desperdício nas plantas, uma vez o pico de energia que o Sol radia é precisamente na parte verde do espectro. Uma teoria anterior avança que a luz verde possa ser demasiado poderosa para que as plantas a usassem sem se prejudicar, embora não se conheçam o motivo mais concreto para tal acontecer.
O modelo agora desenvolvido para explicar a razão pela qual o sistema de fotossíntese das plantas desperdiça luz verde permitiu explicar as cores de algumas variações de fotossíntese feita por outras formas de vida também. Nathaniel Gabor, físico da Universidade de Riverdale, extrapolou o seu estudo de doutoramento sobre a absorção de luz por nanotubos de carbono para o mundo das plantas e começou a perceber que as plantas estão a ‘cuspir’ de volta a luz verde.
Em 2016, Gabor juntou-se a mais investigadores para modelar as melhores condições para uma célula fotoelétrica que regulasse o fluxo de energia e desenhar um coletor solar ideal, que absorvesse a energia em pico do espectro solar.
Olhando para o processo da fotossíntese nas plantas, a equipa aferiu que o primeiro passo acontece num complexo de recolha de luz, com um conjunto de proteínas em que os pigmentos são embebidos e formam uma antena. Os pigmentos, de clorofila no caso das plantas, absorvem a luz e transferem a energia para um centro reator, onde começa a produção de energia química para uso na célula. A eficiência nesta fase é quase completa, com quase toda a luz absorvida a ser convertida em eletrões que o sistema pode usar. Dentro da antena, no entanto, há movimentações constantes e que afetam a forma como a energia flui nos pigmentos, contribuindo com ruído e ineficiência no processo. As flutuações na intensidade de luz, como uma possível sombra, também afetam o processo. Para as células, o melhor é haver um fluxo constante de entrada e saída de energia, não sendo ideais as flutuações, quer de um sentido, quer de outro.
O trabalho de investigação mostrou que o que funciona bem para os nanotubos de células solares, não funciona tão bem nas plantas: com a oscilação na luz solar, o ruído no sinal de entrada de luz conduziria a variações demasiado ‘selvagens’ para poderem ser regularizadas, explica a Wired. Assim, os pigmentos do fotossistema têm de estar muito bem calibrados e ajustados para absorver a luz em comprimentos de onda similares para reduzir o ruído interno, serem capazes de absorver luz em taxas diferentes para formar um buffer contra o ruído externo, causado pelas variações na intensidade de luz de entrada. A melhor luz para o fazer está, na parte mais acentuada da curva de intensidade do espectro solar, nas regiões vermelha e azul.
Os investigadores adaptaram o modelo para outros organismos, como bactérias roxas ou verdes que vivem debaixo de água e aferiram que as suas conclusões para as plantas também se aplicam a estes sistemas vivos, no que toca ao reflexo de luz. A equipa conseguiu mesmo prever quais são os picos ótimos de absorção nestes cenários.
Christopher Duffy, biofísico da Universidade Queen Mary de Londres, não participou ativamente no estudo, mas escreveu um comentário que acompanha o modelo e refere que “é extraordinariamente impressionante, julgo eu, conseguir explicar um padrão de biologia com um modelo físico incrivelmente simples”.
O trabalho vai poder ser usado para desenhar melhores painéis e outros aparelhos solares, de forma a aumentar a sua eficiência fotovoltaica, um campo que melhorou consideravelmente nos últimos tempos, mas que ainda apresenta desafios ao nível de robustez e escalabilidade.
