Mapa de la fotosíntesis global. Fuente: CSIC.
Un equipo internacional de investigadores con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha demostrado que es posible estimar la fotosíntesis a escala global mediante satélite.
Esta medición se ha hecho a partir de la cuantificación de la fluorescencia clorofílica usando técnicas de espectroscopia. La fluorescencia clorofílica es un proceso de re-emisión de luz sobrante de la planta y consiste en un resplandor rojizo y de difícil detección, que en concreto es emitido por las hojas.
En el estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), se expone la relación que existe entre la fotosíntesis y la fluorescencia clorofílica medida desde el espacio. La relación permite observar la variación espacio-temporal de la productividad primaria o resultado del proceso de la fotosíntesis, informa el CSIC en un comunicado.
Comprender dicho resultado es crucial porque la fotosíntesis (que es el proceso mediante el cual las plantas capturan energía en forma de luz para transformar dióxido de carbono y agua en compuestos orgánicos) resulta de vital importancia para la vida en la tierra, dado que es la principal fuente de energía de todos los seres vivos.
Esta medición se ha hecho a partir de la cuantificación de la fluorescencia clorofílica usando técnicas de espectroscopia. La fluorescencia clorofílica es un proceso de re-emisión de luz sobrante de la planta y consiste en un resplandor rojizo y de difícil detección, que en concreto es emitido por las hojas.
En el estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), se expone la relación que existe entre la fotosíntesis y la fluorescencia clorofílica medida desde el espacio. La relación permite observar la variación espacio-temporal de la productividad primaria o resultado del proceso de la fotosíntesis, informa el CSIC en un comunicado.
Comprender dicho resultado es crucial porque la fotosíntesis (que es el proceso mediante el cual las plantas capturan energía en forma de luz para transformar dióxido de carbono y agua en compuestos orgánicos) resulta de vital importancia para la vida en la tierra, dado que es la principal fuente de energía de todos los seres vivos.
Potenciales aplicaciones
Entender la situación de la fotosíntesis a escala global contribuirá, por ejemplo, a mejorar las proyecciones sobre la productividad agrícola y afinar las simulaciones sobre el impacto del cambio climático en las cosechas, entre otras aplicaciones.
De esta forma se podría, por ejemplo, ayudar a los agricultores a responder a tiempo a situaciones climáticas extremas o facilitar a los equipos de labores humanitarias la detección con tiempo de inminentes hambrunas.
La medición de la fluorescencia podría, asimismo, conllevar a avances en la comprensión científica de los ciclos del carbono en los ecosistemas, que es una de las áreas clave de incertidumbre en climatología, o determinarse inmediatamente si las plantas se encuentran en situaciones de estrés ambiental, incluso antes de que los signos de sequedad o amarillamiento de las hojas se vuelvan visibles.
Resultados obtenidos
La estimación de la fotosíntesis mediante las observaciones de la fluorescencia clorofílica (SIF, en sus siglas en inglés), realizadas a bordo del satélite MetOp-A durante cuatro años, ha demostrado ser superior a otras aproximaciones tradicionales mediante satélite que no se basan en la cuantificación de la fluorescencia.
También ha mostrado su ventaja sobre las simulaciones realizadas mediante modelos globales del ciclo de carbono utilizadas hasta ahora.
Los resultados indican, por ejemplo, que la fotosíntesis estimada en zonas agrícolas intensivas de EE UU e India es entre un 50 % y un 75 % superior a la cuantificación realizada por los modelos globales del ciclo del carbono.
Entender la situación de la fotosíntesis a escala global contribuirá, por ejemplo, a mejorar las proyecciones sobre la productividad agrícola y afinar las simulaciones sobre el impacto del cambio climático en las cosechas, entre otras aplicaciones.
De esta forma se podría, por ejemplo, ayudar a los agricultores a responder a tiempo a situaciones climáticas extremas o facilitar a los equipos de labores humanitarias la detección con tiempo de inminentes hambrunas.
La medición de la fluorescencia podría, asimismo, conllevar a avances en la comprensión científica de los ciclos del carbono en los ecosistemas, que es una de las áreas clave de incertidumbre en climatología, o determinarse inmediatamente si las plantas se encuentran en situaciones de estrés ambiental, incluso antes de que los signos de sequedad o amarillamiento de las hojas se vuelvan visibles.
Resultados obtenidos
La estimación de la fotosíntesis mediante las observaciones de la fluorescencia clorofílica (SIF, en sus siglas en inglés), realizadas a bordo del satélite MetOp-A durante cuatro años, ha demostrado ser superior a otras aproximaciones tradicionales mediante satélite que no se basan en la cuantificación de la fluorescencia.
También ha mostrado su ventaja sobre las simulaciones realizadas mediante modelos globales del ciclo de carbono utilizadas hasta ahora.
Los resultados indican, por ejemplo, que la fotosíntesis estimada en zonas agrícolas intensivas de EE UU e India es entre un 50 % y un 75 % superior a la cuantificación realizada por los modelos globales del ciclo del carbono.
Brillo de la fluorescencia clorofílica de América del Norte, medida entre 2007 y 2011. Fuente: Goddard Space Flight Center NASA.
Medición anterior de la NASA
El problema principal para monitorizar la fotosíntesis a escala global radica en que las estimaciones de la productividad primaria que se obtienen de los modelos actuales son muy imprecisas, sobre todo en zonas de gran interés, como las áreas de intensa actividad agrícola. El nuevo sistema de medición ofrece estimaciones globales y precisas.
En 2011, científicos del Goddard Space Flight Center de la NASA -centro también implicado en la presente investigación- ya elaboraron, con información obtenida por satélite, unos innovadores mapas de la Tierra en los que se reflejaba la fluorescencia de las plantas terrestres durante su fotosíntesis.
Para crear este otro mapa de fluorescencia global, los investigadores centraron su análisis en una sección extraordinariamente oscura de la parte infrarroja del espectro solar, lo que permitió distinguir la débil señal de fluorescencia.
Los mapas generados a partir de estas observaciones, con datos recogidos en 2009 desde un espectrómetro situado a bordo del satélite japonés Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT), mostraron diferencias en la fluorescencia de las plantas de nuestro planeta, en función de las estaciones y de las localizaciones.
El problema principal para monitorizar la fotosíntesis a escala global radica en que las estimaciones de la productividad primaria que se obtienen de los modelos actuales son muy imprecisas, sobre todo en zonas de gran interés, como las áreas de intensa actividad agrícola. El nuevo sistema de medición ofrece estimaciones globales y precisas.
En 2011, científicos del Goddard Space Flight Center de la NASA -centro también implicado en la presente investigación- ya elaboraron, con información obtenida por satélite, unos innovadores mapas de la Tierra en los que se reflejaba la fluorescencia de las plantas terrestres durante su fotosíntesis.
Para crear este otro mapa de fluorescencia global, los investigadores centraron su análisis en una sección extraordinariamente oscura de la parte infrarroja del espectro solar, lo que permitió distinguir la débil señal de fluorescencia.
Los mapas generados a partir de estas observaciones, con datos recogidos en 2009 desde un espectrómetro situado a bordo del satélite japonés Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT), mostraron diferencias en la fluorescencia de las plantas de nuestro planeta, en función de las estaciones y de las localizaciones.
Referencia bibliográfica:
Luis Guanter, Yongguang Zhang, Martin Jung, Joanna Joiner, Maximilian Voigt, Joseph A. Berry, Christian Frankenberg, Alfredo R. Huete, Pablo Zarco-Tejada, Jung-Eun Lee, M. Susan Moran, Guillermo Ponce-Campos, Christian Beer, Gustavo Camps-Valls, Nina Buchmann, Damiano Gianelle, Katja Klumpp, Alessandro Cescatti, John M. Baker y Timothy J. Griffis. Global and time-resolved monitoring of crop photosynthesis with chlorophyll fluorescence. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI 10.1073/pnas.1320008111
Luis Guanter, Yongguang Zhang, Martin Jung, Joanna Joiner, Maximilian Voigt, Joseph A. Berry, Christian Frankenberg, Alfredo R. Huete, Pablo Zarco-Tejada, Jung-Eun Lee, M. Susan Moran, Guillermo Ponce-Campos, Christian Beer, Gustavo Camps-Valls, Nina Buchmann, Damiano Gianelle, Katja Klumpp, Alessandro Cescatti, John M. Baker y Timothy J. Griffis. Global and time-resolved monitoring of crop photosynthesis with chlorophyll fluorescence. Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI 10.1073/pnas.1320008111