En mis últimos post que compartí en la gran comunidad #stem-espanol, les comentaba sobre: 1) La diversidad de fuentes de luz, 2) La ciencia que existe detrás del color y 3) La absorción de longitudes de onda y me he conseguido una aplicación directa de los diodos emisores de luz (LED) en nuestra vida cotidiana y que nos puede ayudar en el desarrollo de las plantas para nuestra alimentación!.

Recordé cuando joven acompañaba a mi padre a la granja donde teníamos animales y algunas plantas frutales y vegetales. Para mantener las plantas en condiciones óptimas para obtener una buena cosecha, yo llevaba un recipiente con agua y regaba planta por planta, era muy laborioso esto de sembrar! Una vez le preguntaba si nosotros éramos ¿agricultores o fruticultores?, su respuesta inmediata fue "agricultores", esos conocimientos y experiencia sobre siembras y arados los había adquirido de sus padres y se han pasado de generación a generación, y precisamente esa era la definición de "Agricultura". En cambio la Fruticultura aplica los conocimientos científicos (Biología, Física y Química) y la tecnología para una siembra de frutas con el mayor rendimiento de producción.

Este recuerdo me hizo pensar en un tema para presentar a la comunidad #stem-espanol y está relacionado con el

uso de una fuente de iluminación LED y su efecto sobre las plantas

, aunque este tema científico-tecnológico cuenta con varias publicaciones e investigaciones, creo que puedo aportar un granito de arena para seguir sembrando conocimientos!.

^{Lámpara LED verde, (CC0) follaje con hojas verdes.(CC0)}

En esta composición de imágenes represento una luminaria o lámpara fabricada con diodos emisores de luz de color verde, cuya longitud de onda está en el rango de luz visible entre λ = 500 nm y 550 nm , la cual se supone está iluminando un follaje con hojas de tonalidades verde y amarillo. En principio cualquiera pensaría que si las plantas son de hojas verdes estamos haciendo bien al iluminarlas con una fuente de luz de color verde, así estaríamos ayudando al desarrollo y crecimiento de esta planta, pero esta acción está diametralmente opuesta a los resultados visibles.

A pesar que todo comienza con energía, que es más un tema de Física, debido a que la radiación solar es la que actúa como fuente de iluminación y es el activador del proceso de Fotosíntesis, se sabe que en esta etapa inicial la Biología lleva la batuta al ser la vegetación el principal actor y donde se llevan a cabo los procesos de captación y procesamiento de esos fotones incidentes. En cada hoja existen órganos encargados de realizar este proceso de Fotosíntesis y son llamados cloroplastos, allí esta contenido un componente de color verde conocido como clorofila y es la encargada de realizar la transformación de la energía lumínica a energía química y darle vitalidad a las plantas, aquí se da un proceso de transformación energética. Y ¿cuál es el aporte de la Química?, pues bien esos cambios energéticos que ocurren durante la fotosíntesis también se ven influenciados por transformaciones químicas de agua y dióxido de carbono en materia orgánica para la nutrición de la planta, como lo es la producción de glucosa y generación de oxígeno.

^{Proceso de Fotosíntesis (CC - VanhRivera) y reacción química (CC0), en la hoja de una planta (CC0).}

De esta manera actúa el fotoreceptor principal llamado clorofila, pero debemos tener presente que también existe el carotenoide que es otro pigmento fotosintético y absorbe longitudes de onda para contribuir energéticamente en la Fotosíntesis.

A grandes rasgos, 1) la radiación solar contiene una gama de longitudes de ondas que si las descomponemos en el rango visible obtendríamos algo similar a la λ_incidente de la siguiente figura. En esta composición de imágenes se supone que 2) esta radiación incide sobre las hojas de las plantas que contienen a los fotorreceptores que realizan la transformación energética y suministra la materia orgánica para el sustento vital de la planta. 3) Las hojas reflejan "λ_reflejadas" y transmiten "λ_transmitidas" las longitudes de onda entre el amarillo y el verde, ocurriendo la absorción energética "λ_absorbidas" de otras longitudes de onda que en gran medida dependen de la y . Este tipo de pigmentos absorben las λ del azul entre 440 nm () y 480 nm () y las λ del rojo entre 640 nm () y 680 nm ().

^{Longitudes de onda "λ"(CC0) sobre una hoja (CC0), absorbe λ_azul y λ_rojo (CC - Daniele Pugliesi).}

Haciendo la similitud con las captación de energía solar y transformación hacia energía eléctrica en un panel solar, entonces cada hoja actúa como una pequeña celda solar y todo el árbol constituye un panel solar, donde se captan los fotones provenientes de la radiación solar, se reflejan y transmiten radiaciones en las longitudes de onda que no son necesarias para iniciar el proceso "fotovoltaico" con la generación de cargas negativas y positivas, lo cual ocurre a una longitud de onda correspondiente al band gap energético del material que absorbe la energía del Sol. Bueno, esto es información adicional que encontré en el camino antes de llegar a la función de los diodos LEDs.

Ahora los avances en investigación científica iniciada por la NASA e imitada por varias universidades, instituciones privadas e iniciativa propia, sobre el uso de diodos emisores de luz "LED" para simular la radiación solar sobre las plantas cultivadas en sistemas cerrados y controlados han arrojado varios resultados que han derribado creencias, mitos y otras investigaciones que no estaban soportadas científicamente al 100%. Para no hacer tan extensa esta explicación, me centraré en los resultados concretos de utilizar luminarias compuestas de LED rojo y LED azul que corresponden a las λ que activan a los fotorreceptores clorofila a y clorofila b, que son los que contribuyen en el crecimiento de la planta, de sus hojas y en la elaboración de glucosa.

Luminaria con LEDs rojos y azules, (CC0).

Investigación sobre LEDs y plantas, NASA.

Todavía existen muchos temas por investigar, como la intensidad lumínica de este tipo de radiación, los nutrientes adicionales que se incorporan al sistema de riego de las plantas bajo estas condiciones de iluminación, temperatura y humedad relativa del ambiente que aportarían información adicional sobre este tipo de desarrollo científico-tecnológico. Tiene tanta importancia para la sostenibilidad de la vida en el planeta que han sido incorporadas en las misiones espaciales de satélites de la NASA y otras agencias espaciales.

^{Luminarias LEDs (D-Kuru/Wikimedia Commons) sobre unas plantas (CC0-NASA) y su distribución espectral (CC-Grow Lighting Expert).}

La aplicación de este tipo de tecnología de LED en invernaderos con siembra de vegetales, puede optimizar los procesos de cultivo para aumentar la producción, se pueden obtener nuevas variedades de semillas y plantas controlando la iluminación con LED, además facilita el manejo automático de los procesos de iluminación contribuyendo al ahorro y eficiencia energética. Son muchos los beneficios que se obtienen al mantener las plantas bajo iluminación de LEDs y que aun existe mucha investigación pendiente por realizar, lo cual abriría nuevas líneas de investigación en el campo de las ciencias básicas y la ingeniería. Ya quedará tiempo para buscar información relevante sobre los puntos en contra que debe tener este tipo de práctica agrícola, por ahora apagaré las luces y voy a descansar!.

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