La energía solar y la vida

—El origen de la vida —

Se estima que la vida se originó en la Tierra hace 4.280 millones de años, entre 10 millones y 20 millones de años después de la formación de los océanos. Las formas más antiguas de vida corresponden a los llamados procariotas, células sin núcleo (del griego ‘pro’, que significa ‘antes’; y de ‘carion’, ‘nuez’). Estos precedieron a los eucariotas (‘buena nuez’), células con núcleo y membrana.

—La fotosíntesis —

Las primeras células vivientes fueron las algas verdiazules, y se originaron en una atmósfera de dióxido de carbono (CO2). A través de un proceso metabólico, usaron la luz solar como fuente de energía: combinaron el carbono con el agua, produciendo hidratos de carbono y liberando oxígeno. Este proceso es la llamada fotosíntesis, que ayudó a formar la atmósfera actual.

El término ‘fotosíntesis’ viene del griego ‘photo’ (‘luz’) y ‘sinthesis’ (‘armar’ o ‘construir’). La fórmula química es seis moléculas de CO2 más seis de agua (H2O), que con energía de la luz forman C6H12O6 (un carbohidrato o azúcar) más seis moléculas de oxígeno.

“La fotosíntesis captura a nivel global ocho veces el total de energía que consume la humanidad”.

Este proceso, que transforma energía luminosa en energía química, comienza cuando la luz es absorbida por proteínas en los centros de clorofila verde de las plantas, unos pequeños órganos que contienen proteínas llamadas cloroplastos. Estos centros están concentrados en las hojas y capturan la luz en frecuencias de varios colores, pero reflejan mayormente la frecuencia de luz color verde.

El proceso químico de la clorofila, que es bastante complejo, produce dos fosfatos llamados nicotina de adenina y trifosfato de adenosina. Ambos son moléculas que distribuyen energía en los organismos. Este fenómeno ocurre en todo tipo de vegetación, tanto en tierra como el mar, y es la base de la energía que alimenta a todos los demás seres vivientes.

—Cadenas alimenticias —

Si bien la energía que sostiene la vida sobre la Tierra proviene del Sol, vía fotosíntesis, no todos los animales consumen directamente los carbohidratos de la fotosíntesis. Hay artrópodos, reptiles y mamíferos que obtienen esa energía al comer otros animales.

Un porcentaje de artrópodos son carnívoros; ningún arácnido, desde el alacrán hasta la pequeña araña saltarina, come vegetales. Muchos insectos se alimentan también de otros insectos o de animales más grandes, comenzando por parásitos como la pulga, el piojo o la sanguijuela. Estos no pueden digerir plantas y tienen que ingerir energía producida por otros organismos.

Entre los mamíferos tenemos carnívoros que no digieren plantas y obtienen energía a través de tejidos como los músculos, cuyas proteínas son construidas a base de carbohidratos. Ese es el caso del lobo, que no importa cuántas plantas tenga a su alrededor, si no tiene carne, morirá de hambre.

—La energía disponible —

La fotosíntesis aprovecha una parte pequeña de la energía solar disponible, ya que los bosques se están reduciendo, y los cultivos y pastos comparativamente aprovechan una fracción de la energía. También hay enormes áreas donde la energía del Sol se pierde (incluyendo grandes áreas urbanas que carecen de parques) por no haber plantas ni algas que la utilicen.

No obstante, la fotosíntesis captura a nivel global ocho veces el total de energía que consume la humanidad. Este proceso produce cada año entre 100.000 millones y 115.000 millones de toneladas de biomasa o materia vegetal: una mitad en los océanos y la otra en tierra.

“Se estima que la vida se originó en la Tierra hace 4.280 millones de años”.

—Generación y consumo —

Vamos a comparar algunos combustibles con la energía nuclear del Sol. La energía está en unidades MJ (megajoules o millones de joules) del Sistema Internacional de Unidades. Un MJ es la energía que se necesita para calentar 10 litros de agua de 0 °C a 100 °C.

Según la fórmula que vimos la semana pasada, la fusión de 4,2 gramos de materia en el Sol da 3,8 x 108 MJ. El Sol fusiona un trillón de veces esa cantidad de materia cada segundo. Un litro de gas usado en autos tiene 23 MJ, un litro de gasolina tiene 34 MJ, y un litro de diésel 38 MJ.

Una de las razones por las cuales estamos viviendo la crisis del cambio climático es porque hemos adquirido malos hábitos en la generación de energía y consumo. Los temas dan para varias páginas, pero haremos una síntesis: nos hemos acostumbrado desde la Revolución Industrial a generar energía por combustión. Comenzamos con carbón y madera, y seguimos con derivados del petróleo.

La disponibilidad de combustibles que concentran mucha energía en relación con su peso, como los hidrocarburos, ha creado hábitos de movilidad y control de clima altamente ineficientes, como el automóvil y el aire acondicionado. En el transporte nos hemos acostumbrado a la velocidad a cambio de la eficiencia, siendo el avión el mejor ejemplo.

El uso menos eficiente de la energía eléctrica, que es el medio más barato y adecuado de transmitir energía, es la generación de calor. Por años hemos tenido luz incandescente (por calor) y casas sin aislamiento con calefacción eléctrica o por combustión, ambos altamente ineficientes. Los ejemplos son muchos, pero los malos hábitos son difíciles de erradicar. Es solo debido al calentamiento global y al cambio climático causado por nuestro uso de combustibles fósiles que finalmente estamos comenzando a aprovechar más la energía solar.

Este tema va mucho más allá del consumo directo de energía, porque abarca la producción y transporte de bienes –muchos superfluos–, y todo a costa de ecosistemas mantenidos por fotosíntesis. Esto lo podemos ver en la destrucción de los bosques para las plantaciones de vegetales industriales con fines cosméticos. Este es un tema que merece ser tratado aparte, cosa que haremos próximamente.

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