Contradice un principio fundamental de la biología mantenido durante 50 años
Investigadores de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich (LMU) demuestran que la fotosíntesis oxigénica puede ocurrir con un solo fotosistema, lo que contradice un principio fundamental de la biología.
Pocos principios biológicos se han mantenido tan firmemente establecidos como la idea de que la fotosíntesis oxigénica requiere dos fotosistemas. Durante más de medio siglo, este concepto ha sido considerado una piedra angular de la biología y ha aparecido prácticamente sin cambios en los libros de texto de todo el mundo. Los nuevos hallazgos de la LMU demuestran que este arraigado principio no es universalmente válido.
Puesto en entredicho un dogma central de la biología
"Cuando se derrumba un paradigma de los libros de texto, no solo cambia un detalle de nuestro conocimiento, sino que transforma fundamentalmente nuestra comprensión de un proceso biológico", afirma el profesor Dario Leister, catedrático de biología molecular vegetal en la LMU e investigador principal del estudio. "Nuestros resultados revelan que la naturaleza es mucho más flexible de lo que creíamos anteriormente".
La fotosíntesis proporciona oxígeno a la atmósfera terrestre y constituye la base de casi todas las cadenas alimentarias. Las plantas, las algas y las cianobacterias convierten la luz solar en energía química mediante este proceso.
Según el modelo predominante, esto requiere la acción coordinada de dos grandes complejos proteicos: el fotosistema II y el fotosistema I. Este concepto ha sido considerado un principio fundamental de la biología durante más de medio siglo.
Imagen: Circuitos de transporte de electrones de los tilacoides en Synechocystis sp.PCC 6803. Crédito: Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74903-2
Un descubrimiento fortuito
El grupo de investigación de Leister no buscaba originalmente una forma alternativa de fotosíntesis. Su objetivo era introducir una versión vegetal del fotosistema I en la cianobacteria Synechocystis. Sin embargo, mediante una combinación de ingeniería genética y evolución adaptativa en laboratorio, lograron producir organismos en los que el fotosistema I había desaparecido por completo.
"Nuestro objetivo era lograr algo completamente diferente", dice Leister. "Desde luego, no esperábamos obtener organismos capaces de crecer, fijar dióxido de carbono y producir oxígeno sin el fotosistema I".
A pesar de la ausencia del fotosistema I, estas cepas de cianobacterias evolucionadas realizan fotosíntesis oxigénica completa. Su existencia refuta la antigua creencia de que el fotosistema I es indispensable para la síntesis del agente reductor NADPH.
Una ruta alternativa para la conversión de energía
El equipo también identificó el mecanismo que permite a estas bacterias compensar la ausencia del fotosistema I. Durante la evolución adaptativa, la cadena de transporte de electrones fotosintética experimentó una profunda reorganización. Un gradiente de protones particularmente pronunciado permite que el complejo NDH-1 opere en sentido inverso, generando así NADPH, una función que anteriormente se consideraba exclusiva del fotosistema I.
Imagen: Las mutaciones adaptativas confieren fotoautotrofia en Synechocystis con deficiencia de PSI. Crédito: Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-74903-2
Implicaciones que van mucho más allá de la investigación sobre la fotosíntesis
Según Leister, este descubrimiento transforma radicalmente nuestra comprensión de cómo pudo haber evolucionado la fotosíntesis oxigénica y demuestra que incluso uno de los procesos mejor investigados en biología aún puede revelar profundas sorpresas.
Además de ofrecer nuevas perspectivas sobre los orígenes evolutivos de la fotosíntesis oxigénica, los hallazgos plantean interrogantes fundamentales sobre el surgimiento y la adaptabilidad de los sistemas fotosintéticos.
A largo plazo, estos hallazgos también podrían inspirar nuevas estrategias para diseñar organismos fotosintéticos más eficientes y desarrollar innovadoras aplicaciones biotecnológicas.
"Nuestro trabajo nos recuerda que incluso los conceptos más arraigados en los libros de texto pueden ser refutados por nuevas evidencias experimentales", afirma Leister. "Esto es precisamente lo que hace que la investigación fundamental sea tan apasionante".
Los hallazgos han sido publicados en Nature Communications: Photosystem I-independent oxygenic photosynthesis in cyanobacteria
