Nuevas formas de descarbonizar nuestro suministro de energía
¿Cómo podrían unas diminutas antenas adheridas a pequeñas algas acelerar la transición para abandonar los combustibles fósiles? Ésta es una de las cuestiones que estudian los investigadores de la Universidad de Cambridge mientras buscan nuevas formas de descarbonizar nuestro suministro de energía y mejorar la sostenibilidad de materiales nocivos como pinturas y tintes.
Financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea, el proyecto Materiales bioinspirados y biónicos para la fotosíntesis mejorada (BEEP por sus singlas en inglés), dirigido por la profesora Silvia Vignolini en el Departamento de Química Yusuf Hamied, estudió cómo interactúan con la luz los organismos marinos.
El proyecto de cuatro años de duración sobre energía sostenible reunió a nueve grupos de investigación de toda Europa y se inspiró en la naturaleza, en particular en el mundo marino, donde organismos como algas, corales y babosas marinas han desarrollado formas eficientes de convertir la luz solar en energía. Aprovechar estas propiedades podría ayudar en el desarrollo de nuevos sistemas fotosintéticos artificiales y biónicos.
Algunos de los materiales más brillantes y coloridos de la naturaleza, como las plumas de pavo real, las alas de mariposa y los ópalos, obtienen su color no de pigmentos o tintes, sino únicamente de su estructura interna. Los colores que perciben nuestros ojos se originan de la interacción entre la luz y las nanoestructuras de la superficie del material, que reflejan determinadas longitudes de onda de luz.
Como parte del proyecto BEEP, el equipo estudió el color estructural en especies marinas. Algunas especies de algas marinas tienen nanoestructuras en sus paredes celulares que pueden transmitir ciertas longitudes de onda de luz visible o cambiar sus estructuras para guiar la luz dentro de la célula. Sin embargo, se sabe poco sobre la función de estas estructuras. Los científicos creen que podrían proteger a los organismos de la luz ultravioleta u optimizar las capacidades de captación de luz.
Imagen: Medición de la fotosíntesis con un microsensor
El equipo estudió las propiedades ópticas y la eficiencia de captación de luz de una variedad de corales, babosas marinas, microalgas y algas. Al comprender las propiedades fotónicas y estructurales de estas especies, los científicos esperan diseñar nuevos materiales para biofotorreactores y sistemas biónicos.
"Estamos fascinados por los efectos ópticos realizados por estos organismos", dijo Maria Murace, candidata a doctorado de BEEP en Cambridge, que estudia el color estructural en algas y bacterias marinas. "Queremos entender cuáles son los materiales y las estructuras en la base de estos colores, lo que podría conducir al desarrollo de alternativas ecológicas y sostenibles a las pinturas convencionales y tintes tóxicos que utilizamos hoy".
BEEP también estudió las diatomeas: pequeñas algas fotosintéticas que viven en casi todos los sistemas acuáticos de la Tierra y producen hasta la mitad del oxígeno que respiramos. Las capas de sílice de estas diminutas algas forman impresionantes estructuras, pero también poseen notables propiedades de captación de luz.
El equipo de BEEP diseñó pequeñas antenas captadoras de luz y las adjuntó a conchas de diatomeas. "Estas antenas nos permitieron recolectar la luz que de otro modo no sería captada por el organismo, que se convierte y se utiliza para la fotosíntesis", dijo César Vicente García, uno de los estudiantes de doctorado de la Universidad de Bari en Italia. "El resultado es prometedor: ¡las diatomeas crecen más! Esta investigación podría inspirar el diseño de potentes biofotorreactores, o incluso mejor".
Los científicos diseñaron un prototipo de biofotorreactor, que consiste en un hidrogel totalmente biocompatible que sustenta el crecimiento de microalgas y bacterias coloreadas estructurales. La interacción de estos organismos es mutuamente beneficiosa, ya que mejora el crecimiento de microalgas y aumenta el volumen de biomasa producida, lo que podría tener aplicaciones en la industria de producción de biocombustibles.
Imagen: Investigaciones en BEEP
Además de la investigación, la red ha organizado varias actividades de formación y divulgación, incluidas charlas y exposiciones para el público en festivales científicos en Italia, Francia y el Reino Unido.
"La sociedad depende de la ciencia para impulsar el crecimiento y el progreso", afirmó Floriana Misceo, directora de la red BEEP que coordinó los esfuerzos de divulgación. "Es muy importante que los científicos compartan sus investigaciones y ayuden a respaldar la discusión y el debate informados porque sin ellos, puede prosperar la información errónea, razón por la cual la capacitación y la divulgación fueron una parte importante de este proyecto".
"Coordinar este proyecto ha sido una gran experiencia. Aprendí muchísimo de los otros grupos de BEEP y de los jóvenes investigadores", dijo Vignolini. "La oportunidad de acoger en el laboratorio a investigadores de diferentes disciplinas fue fundamental para desarrollar nuevas habilidades y abordar los problemas desde una perspectiva diferente".
