Fotossíntese

Fotossíntese, o processo pelo qual as plantas verdes e alguns outros organismos transformam a energia da luz em energia química. Durante a fotossíntese em plantas verdes, a energia da luz é capturada e usada para converter água, dióxido de carbono e minerais em oxigênio e compostos orgânicos ricos em energia.

Seria impossível superestimar a importância da fotossíntese na manutenção da vida na Terra. Se a fotossíntese cessasse, logo haveria pouca comida ou outra matéria orgânica na Terra. A maioria dos organismos desapareceria e, com o tempo, a atmosfera da Terra ficaria quase desprovida de oxigênio gasoso. Os únicos organismos capazes de existir nessas condições seriam as bactérias quimiossintéticas, que podem utilizar a energia química de certos compostos inorgânicos e, portanto, não dependem da conversão da energia luminosa.

Energia produzida pela fotossíntese realizada pelas fábricas há milhões de anos é responsável pelos combustíveis fósseis (ou seja, carvão, petróleo e gás) que abastecem a sociedade industrial. Em eras passadas, as plantas verdes e pequenos organismos que se alimentavam de plantas aumentavam mais rápido do que eram consumidos, e seus restos eram depositados na crosta terrestre por sedimentação e outros processos geológicos. Lá, protegidos da oxidação, esses restos orgânicos foram lentamente convertidos em combustíveis fósseis. Esses combustíveis não apenas fornecem grande parte da energia usada em fábricas, residências e transporte, mas também servem como matéria-prima para plásticos e outros produtos sintéticos. Infelizmente, a civilização moderna está usando em alguns séculos o excesso de produção fotossintética acumulada ao longo de milhões de anos. Consequentemente, o dióxido de carbono que foi removido do ar para produzir carboidratos na fotossíntese ao longo de milhões de anos está sendo devolvido em uma taxa incrivelmente rápida.A concentração de dióxido de carbono na atmosfera da Terra está aumentando o mais rápido possível na história da Terra, e espera-se que esse fenômeno tenha grandes implicações no clima da Terra.

Requisitos de alimentos, materiais e energia em um mundo onde a população humana está crescendo rapidamente, criando a necessidade de aumentar a quantidade de fotossíntese e a eficiência da conversão da produção fotossintética em produtos úteis para as pessoas. Uma resposta a essas necessidades – a chamada Revolução Verde, iniciada em meados do século 20 – alcançou enormes melhorias na produção agrícola por meio do uso de fertilizantes químicos, controle de pragas e doenças de plantas, melhoramento de plantas e cultivo mecanizado, colheita, e processamento da colheita. Esse esforço limitou a fome severa a algumas áreas do mundo, apesar do rápido crescimento populacional, mas não eliminou a desnutrição generalizada. Além disso, a partir do início da década de 1990, a taxa de aumento dos rendimentos das principais safras começou a diminuir. Isso era especialmente verdadeiro para o arroz na Ásia. Os custos crescentes associados à sustentação de altas taxas de produção agrícola, que exigiam insumos cada vez maiores de fertilizantes e pesticidas e o desenvolvimento constante de novas variedades de plantas, também se tornaram problemáticos para os agricultores em muitos países.

Uma segunda revolução agrícola, com base na engenharia genética de plantas, estava prevista para levar a aumentos na produtividade das plantas e, assim, aliviar parcialmente a desnutrição. Desde a década de 1970, os biólogos moleculares possuem os meios para alterar o material genético de uma planta (ácido desoxirribonucléico, ou DNA) com o objetivo de alcançar melhorias na resistência a doenças e secas, rendimento e qualidade do produto, resistência à geada e outras propriedades desejáveis. No entanto, tais características são inerentemente complexas, e o processo de fazer mudanças nas plantas de cultivo por meio da engenharia genética acabou sendo mais complicado do que o previsto. No futuro, essa engenharia genética pode resultar em melhorias no processo de fotossíntese, mas nas primeiras décadas do século 21, ela ainda não tinha demonstrado que poderia aumentar drasticamente os rendimentos das colheitas.

Outra área intrigante em o estudo da fotossíntese foi a descoberta de que certos animais são capazes de converter a energia luminosa em energia química. A lesma do mar verde-esmeralda (Elysia chlorotica), por exemplo, adquire genes e cloroplastos da Vaucheria litorea, uma alga que consome, o que lhe confere uma capacidade limitada de produzir clorofila. Quando cloroplastos suficientes são assimilados, a lesma pode desistir da ingestão de alimentos. O afídeo da ervilha (Acyrthosiphon pisum) pode aproveitar a luz para fabricar o composto trifosfato de adenosina (ATP) rico em energia; essa capacidade tem sido associada à fabricação de pigmentos carotenóides pelo pulgão.