O Sol produz uma quantidade imensa de energia e a maior parte dela é liberada no espaço em forma de luz. Da luz que o Sol emite em todas as direções, apenas 1/2,2 bilhões chega à Terra. Dessa fração, 30% é refletida de volta para o espaço e apenas 70% é absorvida. Ainda assim, a quantidade total de energia que toda a humanidade consome em um ano equivale apenas à energia solar que atinge a Terra em uma única hora.
Todos os seres vivos precisam de energia para sobreviver, mas não podem utilizar diretamente a energia luminosa. Ela precisa ser transformada em forma orgânica. Com exceção de alguns microrganismos, os únicos seres capazes de armazenar energia luminosa em matéria orgânica são as plantas. Todos os animais, incluindo o ser humano, obtêm energia ao consumir plantas ou outros animais que delas se alimentam. Em outras palavras, o Sol é a fonte de toda a energia necessária para os seres vivos, e toda essa energia essencial à vida é composta pelas substâncias orgânicas produzidas pelas plantas através da fotossíntese. Por isso, a fotossíntese, que ocorre em uma pequena organela celular chamada cloroplasto, com menos de 10 micrômetros, é o fenômeno vital mais extraordinário e importante de todo o planeta.
A fotossíntese das plantas é o processo em que a água é utilizada para transformar a energia luminosa em energia elétrica e, em seguida, armazená-la na forma de energia química em compostos orgânicos. O processo da fotossíntese, extremamente complexo e sofisticado, sempre foi objeto de interesse de muitos cientistas e já esteve no palco do Prêmio Nobel de Química três vezes. Apesar de quase 400 anos de história de pesquisas, a compreensão completa da fotossíntese ainda é insuficiente. Entre seus mistérios, o processo em que a energia luminosa é convertida em energia elétrica na clorofila continua, em grande parte, encoberto.
A luz solar que chega ao cloroplasto, onde as clorofilas estão agrupadas, excita os elétrons da clorofila, e esses elétrons excitados se movem entre as moléculas de clorofila. Assim, a energia luminosa é transformada em energia elétrica, que é o movimento de elétrons. A energia elétrica acumulada na clorofila central é então armazenada em substâncias químicas e usada para sintetizar glicose, um composto orgânico, a partir do dióxido de carbono.
Embora aos nossos olhos pareça que a planta esteja em estado de repouso, ela se movimenta ativamente para buscar a luz, essencial à fotossíntese, assim como para obter dióxido de carbono e água. A vitória-régia, a maior planta aquática do mundo, distribuída na América do Sul, estende suas folhas a partir do caule submerso em busca de luz. As enormes folhas emergem na superfície da água e rapidamente se abrem em formato circular. As folhas das plantas não apenas absorvem a luz, mas também permitem a entrada de gases, como o dióxido de carbono necessário para a fotossíntese, por meio dos estômatos presentes em sua superfície; por isso, se as folhas permanecessem submersas, a troca gasosa seria impossível, o que as leva a flutuar na superfície. As folhas da vitória-régia podem crescer até 30 centímetros de diâmetro por dia, e quando estão totalmente abertas, ultrapassam 2 metros de diâmetro. Assim como um balão de água que se expande, as células de cada folha absorvem água e incham, fazendo com que a folha se abra. As folhas da vitória-régia, que parecem grandes almofadas boiando sobre a água, têm tanta flutuabilidade que conseguem sustentar uma pessoa de cerca de 45 quilos sem afundar.
O segredo pode ser encontrado na parte de baixo das folhas. Se você virar as folhas da vitória-régia, poderá ver nervuras que se espalham como raios de uma roda a partir de um pequeno ponto no centro, com alguns centímetros de largura. Além disso, elas possuem nervuras em formato de círculos concêntricos, semelhantes a finas placas, que aprisionam o ar entre elas e geram flutuabilidade. Dentro das grossas nervuras existe um tecido semelhante a uma esponja, que funciona como um tubo de borracha e ajuda a folha a permanecer facilmente na superfície da água.
Assim como as plantas aquáticas elevam suas folhas até a superfície para realizar a fotossíntese, as árvores em terra firme crescem para cima em busca de luz. A árvore mais alta do mundo, a sequoia-vermelha (redwood), cresce a uma velocidade impressionante de 1,8 metro por ano, e a maior delas atinge 115,3 metros de altura.
A fotossíntese precisa não apenas de luz, mas também de água. A água sempre flui de um lugar mais alto para um mais baixo. No entanto, as plantas crescem na direção oposta. Como essas árvores gigantes, que em um instante nos fazem parecer minúsculos, conseguem bombear água até o topo de sua imensa copa?
As células das raízes das plantas possuem uma membrana semipermeável que não permite a passagem de solutos com partículas grandes, mas deixa passar solventes como a água. Assim, a água se desloca do solo para as raízes, que possuem uma concentração relativamente maior. Esse fenômeno é chamado de “osmose”. O mesmo princípio pode ser observado ao preparar kimchi: Quando o repolho é colocado em água salgada, a água, cuja concentração é mais baixa dentro do repolho, sai para fora.
Para empurrar a água que entra pelas raízes em direção ao topo, atua o chamado “fenômeno de capilaridade”. Se introduzirmos um tubo de vidro fino em um recipiente com água, é possível observar a água subindo pelo tubo. As plantas também possuem vasos condutores de água que se estendem das raízes até as folhas. Esses vasos são tão finos que, assim como no tubo de vidro, surge neles uma força capaz de empurrar a água para cima.
Enquanto raízes e caules empurram a água para cima, nas folhas ela é puxada. As moléculas de água, formadas por oxigênio com carga negativa e hidrogênio com carga positiva, atraem-se como ímãs, comportando-se como uma corrente conectada. Assim, quando a água evapora pelos estômatos das folhas, as moléculas conectadas abaixo são puxadas para cima em sequência. As plantas conseguem puxar a água até grandes alturas graças à ação combinada das raízes, do caule e das folhas.
Para aproveitar a imensa quantidade de energia solar que se derrama gratuitamente sobre nós, a humanidade dedicou longos anos de esforço. As células solares, inicialmente desenvolvidas para uso no espaço, hoje já se tornaram tão comuns que podem ser vistas até nos telhados de algumas casas. A energia solar é considerada, em muitos países, uma fonte de energia limpa capaz de substituir os combustíveis fósseis, e a indústria relacionada a ela continua em constante crescimento.
As células solares criadas pelo ser humano possuem uma história relativamente longa, de cerca de 130 anos, mas ainda apresentam desvantagens: ocupam grande área e têm uma eficiência de apenas 8 a 15%. Para superar essas limitações, os cientistas voltaram seus olhos justamente para as plantas. A eficiência com que o cloroplasto capta a energia luminosa e a converte em energia elétrica chega a até 95%. A fotossíntese das plantas, com apenas duas garrafas PET de 1,5 litro de água e luz solar suficiente, seria capaz de gerar eletricidade suficiente para abastecer uma casa durante um dia inteiro. Os cientistas estão imitando o sistema de fotossíntese das plantas para desenvolver células solares mais eficientes.
As plantas não dão sequer um passo, mas obtêm energia suficiente graças à estratégia avançada da fotossíntese. E todos os seres vivos da Terra recebem energia da luz solar que desce ao planeta por meio das plantas, que guardam em si o mistério do verde. Nas folhas que exibem sua cor verde sob a luz do sol, sente-se um sopro de vida silencioso, porém dinâmico. Mesmo ao observar uma única folha fresca, é possível descobrir nela o grandioso princípio da vida.
- Referências
- Lee Heung-wu, A História da Fotossíntese Contada por Engelmann (em coreano, 엥겔만이 들려주는 광합성 이야기), Jaeumgwa Moeum, 2010
- Hong Jun-eui e outros três autores, Livro Didático de Ciência Viva 1 (em coreano, 살아 있는 과학 교과서 1), Humanist, 2011
- Equipe Editorial da Newton, Plantas Maravilhosas – O Mundo Desconhecido das Plantas (em coreano, 경이로운 식물들-알려지지 않은 식물의 세계), outubro, 2013
- Lee Seong-gyu, Filhos do Sol que Prestam Atenção às Folhas Artificiais (em coreano, ‘인공 잎’에 주목하는 태양의 아이들), Science Times, 24 de janeiro de 2014