Investigadores de Estados Unidos identifican una señal isotópica que permite distinguir el nitrógeno producido por microorganismos del que procede de la atmósfera, con aplicaciones para estudiar la contaminación de acuíferos y ecosistemas acuáticos.
Redacción: Redacción Noticias de la Tierra
Editor: Karem Díaz S.
Un equipo de investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB) y otras instituciones científicas ha desarrollado un método para identificar y medir el nitrógeno que los microorganismos eliminan naturalmente de los ecosistemas acuáticos. La investigación, presentada el 8 de octubre de 2026 y publicada en la revista Science, utiliza una combinación excepcionalmente rara de átomos de nitrógeno como una huella química capaz de revelar procesos que hasta ahora resultaban difíciles de cuantificar.
El descubrimiento representa un avance para comprender el funcionamiento del ciclo del nitrógeno en la Tierra y evaluar la capacidad de determinados ambientes para transformar compuestos nitrogenados que, cuando se acumulan en exceso, pueden deteriorar la calidad del agua.
El procedimiento se basa en una diferencia fundamental entre el nitrógeno gaseoso de origen atmosférico y el generado mediante la actividad de microorganismos. Aunque ambos tienen la misma composición química general, presentan pequeñas diferencias en la distribución de sus isótopos, que pueden identificarse mediante instrumentos de alta precisión.
El problema de medir el nitrógeno que desaparece del agua
El nitrógeno es indispensable para los seres vivos porque forma parte de moléculas esenciales, como las proteínas y el ADN. Sin embargo, su presencia excesiva en ríos, lagos, acuíferos y zonas costeras puede alterar el equilibrio de los ecosistemas.
Las actividades humanas han modificado considerablemente la circulación de este elemento mediante el uso de fertilizantes, las descargas de aguas residuales y otras fuentes de contaminación. Una parte de los compuestos nitrogenados llega a los cuerpos de agua, donde puede favorecer la proliferación de algas y contribuir al agotamiento del oxígeno disponible.
En determinados ambientes, los microorganismos desempeñan una función importante al transformar compuestos de nitrógeno en nitrógeno gaseoso, que deja de estar disponible como nutriente para los organismos acuáticos.
El inconveniente científico consiste en determinar cuánto nitrógeno se elimina realmente mediante estos procesos. El agua contiene naturalmente grandes cantidades de nitrógeno gaseoso disuelto procedente de la atmósfera, lo que dificulta distinguir la fracción generada por la actividad microbiana.
Este problema de medición adquiere especial importancia en los acuíferos, cuya dinámica puede ser compleja. Investigaciones anteriores sobre las conexiones subterráneas y los recorridos de larga distancia del agua han mostrado que los contaminantes pueden desplazarse entre diferentes sistemas hidrológicos y persistir durante períodos prolongados.
Dos átomos pesados revelan el origen del nitrógeno
La innovación desarrollada por los investigadores consiste en aprovechar las propiedades de los isótopos del nitrógeno. Este elemento presenta dos isótopos estables principales: el nitrógeno-14, que es el más abundante, y el nitrógeno-15, que posee un neutrón adicional.
Una molécula de nitrógeno gaseoso está formada por dos átomos. Habitualmente contiene dos átomos de nitrógeno-14 o una combinación de nitrógeno-14 y nitrógeno-15. Las moléculas integradas por dos átomos de nitrógeno-15 son extraordinariamente escasas.
Los científicos identificaron que, en el nitrógeno atmosférico, estas parejas de átomos pesados aparecen con una frecuencia superior a la esperada mediante una distribución aleatoria. En cambio, el nitrógeno producido por microorganismos presenta una distribución de átomos mucho más próxima al azar.
Esta diferencia permite reconocer la contribución microbiana incluso cuando el gas producido se encuentra mezclado con cantidades considerablemente mayores de nitrógeno atmosférico.
El investigador Jiarui Liu, primer autor del estudio, explicó que la clave para resolver el problema se encuentra en la manera en que los átomos de nitrógeno se emparejan dentro de cada molécula.
De esta forma, la proporción de moléculas que contienen dos átomos pesados funciona como una señal geoquímica natural que permite estimar cuánto nitrógeno gaseoso procede de los procesos biológicos.
Un espectrómetro de alta precisión permitió detectar la señal
Para realizar las mediciones, el equipo utilizó el espectrómetro de masas de alta resolución Panorama, instalado en UCLA. Este instrumento permite separar moléculas según su masa y carga eléctrica mediante campos magnéticos y eléctricos.
La identificación de las moléculas con dos átomos de nitrógeno-15 representa un desafío técnico porque existen otras especies moleculares con masas extremadamente similares.
La capacidad de resolución del equipo Panorama permitió distinguir esas diferencias y analizar muestras de nitrógeno gaseoso extraídas de aguas y sedimentos.
El geoquímico Edward Young, coautor de la investigación, señaló que el conocimiento previo sobre el emparejamiento anómalo de isótopos pesados en el nitrógeno atmosférico ha permitido convertir esa característica en una herramienta para investigar procesos naturales.
La técnica proporciona una vía independiente para estudiar la pérdida de nitrógeno en ambientes donde los métodos convencionales no permiten separar fácilmente el gas producido por microorganismos del nitrógeno que ya estaba disuelto en el agua.
Desde acuíferos de Texas hasta sedimentos de aguas profundas
Los investigadores aplicaron el procedimiento a muestras procedentes de diferentes ambientes acuáticos y sedimentarios, lo que permitió explorar su utilidad más allá de un único ecosistema.
Entre los lugares estudiados figuran aguas subterráneas de Texas, lagos de la Antártida y Minnesota, cuencas costeras del sur de California, la bahía de Bengala y sedimentos marinos profundos situados frente a Alaska.
La diversidad de ambientes analizados resulta importante porque los procesos de transformación del nitrógeno dependen de condiciones ambientales que varían considerablemente entre aguas continentales, zonas costeras y fondos oceánicos.
En sedimentos asociados a filtraciones de metano frente a la costa del sur de California, las mediciones identificaron zonas con una elevada concentración de procesos de eliminación de nitrógeno vinculados a comunidades microbianas presentes en el fondo marino.
Estos resultados amplían las posibilidades de investigar cómo los microorganismos participan en el intercambio de nutrientes entre el agua, los sedimentos y la atmósfera.
Una herramienta para investigar la contaminación de los acuíferos
Una de las aplicaciones ambientales más relevantes del descubrimiento es la evaluación de la contaminación por nitratos en las aguas subterráneas.
Los nitratos pueden incorporarse a los acuíferos como consecuencia de actividades agrícolas y otras fuentes de contaminación. Determinados microorganismos pueden transformar parte de estos compuestos en nitrógeno gaseoso, reduciendo así su disponibilidad dentro del ecosistema.
Sin embargo, conocer la concentración de nitratos en una muestra de agua no siempre permite determinar cuánto nitrógeno ingresó originalmente al sistema ni qué proporción fue transformada por la actividad biológica.
El nuevo procedimiento podría contribuir a resolver esta limitación mediante la identificación del nitrógeno gaseoso producido dentro del propio acuífero.
Alan Seltzer, investigador del University College Dublin y coautor del estudio, explicó que numerosos programas habituales de vigilancia de la calidad de las aguas subterráneas no miden el nitrógeno gaseoso generado dentro de estos sistemas. Esta ausencia puede introducir sesgos importantes en los cálculos sobre el origen y destino del elemento.
La investigación también aporta una perspectiva complementaria a otros trabajos sobre los intercambios entre lagos y aguas subterráneas, fundamentales para comprender la estabilidad de los recursos hídricos y su respuesta a los cambios ambientales.
El ciclo del nitrógeno y sus consecuencias para los ecosistemas
La acumulación excesiva de nutrientes nitrogenados puede provocar procesos de eutrofización en lagos, embalses y ambientes costeros. Cuando se producen proliferaciones intensas de algas, la descomposición posterior de la materia orgánica consume oxígeno y puede perjudicar a peces y otros organismos acuáticos.
La capacidad de los microorganismos para transformar compuestos nitrogenados constituye uno de los mecanismos naturales que regulan la disponibilidad de estos nutrientes.
Investigaciones anteriores sobre la dinámica del nitrógeno en las cabeceras de los ríos han mostrado que los cambios en el caudal y las condiciones hidrológicas pueden modificar tanto las concentraciones de nutrientes como los procesos relacionados con su eliminación.
La nueva técnica isotópica ofrece una herramienta adicional para investigar esos mecanismos, aunque su aplicación a diferentes ecosistemas requiere considerar las características de cada ambiente.
Los científicos destacan que las mediciones del nitrógeno gaseoso, combinadas con información sobre el transporte del agua y la acumulación del gas, permiten estimar las tasas de pérdida de nitrógeno a escala de ecosistema.
Una nueva vía para mejorar los balances globales de nitrógeno
Además de sus posibles aplicaciones en la vigilancia ambiental, el descubrimiento puede contribuir a mejorar los balances del nitrógeno utilizados para estudiar los ciclos biogeoquímicos de la Tierra.
Estos balances comparan las cantidades de nitrógeno que ingresan a los ecosistemas con aquellas que son transformadas o eliminadas. Su precisión resulta esencial para comprender la disponibilidad de nutrientes que sostienen las redes alimentarias terrestres y acuáticas.
David Valentine, investigador de la Universidad de California en Santa Bárbara y coautor del trabajo, explicó que una de las dificultades históricas consiste en determinar la velocidad con la que se producen los procesos naturales de eliminación del nitrógeno en distintos ambientes.
La señal isotópica identificada proporciona una medición más directa de esa pérdida y podría ayudar a contrastar las estimaciones utilizadas en estudios regionales y globales.
Los resultados no significan que todos los acuíferos o ecosistemas dispongan de una capacidad suficiente para compensar la contaminación nitrogenada. La transformación microbiana depende de las condiciones locales y no sustituye la necesidad de controlar los aportes excesivos de nutrientes.
La investigación, sin embargo, establece una base analítica para determinar con mayor precisión dónde se produce la eliminación natural del nitrógeno y cómo puede incorporarse ese proceso a los estudios de calidad del agua y funcionamiento de los ecosistemas.
Fuentes referenciales: Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), 8 de octubre de 2026 Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB), 8 de octubre de 2026
