Sergio Vasco Francisco, Universitat de Barcelona and Maria Elena Casacuberta Suñer, Instituto de Biología Evolutiva (IBE – CSIC – UPF)
¿De dónde procede el oxígeno que respiramos? La respuesta fácil y rápida sería: “de las plantas”. Pero no salen los cálculos, así que indagamos un poco más y vemos que hay que añadir a la ecuación organismos mucho más pequeños, que en conjunto forman una enorme biomasa: el fitoplancton, compuesto por algas unicelulares y cianobacterias.
Plantas, algas y cianobacterias necesitan la luz y el agua para producir oxígeno. Además, para poder realizar lo que se conoce como fotosíntesis, captan dióxido de carbono, por lo que deben ser nuestras aliadas contra el cambio climático.
Su objetivo realmente no es producir oxígeno, sino poder construir su cuerpo creando materia orgánica de cero. Pero el caso es que lo producen, y esto ha permitido el desarrollo de la vida compleja en nuestro planeta (además de grandes extinciones).
¿Qué es el oxígeno oscuro?
Sin embargo, ¿puede producirse este elemento de otra manera? ¿Sin luz? ¿O, incluso, sin necesidad de seres vivos? La respuesta es sí. El oxígeno “oscuro” es esencial para las comunidades que viven en zonas sin oxígeno, a grandes profundidades.
A día de hoy, se conocen varias formas en que algunos microbios pueden generar oxígeno sin necesidad de la luz solar. En alguno de los casos, es el objetivo, y en otros, tan solo un desecho de otra reacción necesaria, como ocurre en la fotosíntesis.
“Yo me lo guiso, yo me lo como”
Por ejemplo, existe un microorganismo llamado Nitrosopumilus maritimus que, para obtener energía, necesita amoniaco y oxígeno en muy bajas concentraciones. Pero lo increíble es que se puede fabricar su propio oxígeno cuando no está presente en el medio.
¡Imagine quedarse sin aire y ser capaz de construirse una bombona de oxígeno para seguir viviendo! Pues este microbio lo hace mediante la dismutación del óxido nítrico (NO), una vía metabólica –sucesión de reacciones químicas donde un sustrato inicial se transforma y da lugar a productos finales– en la que se producen oxígeno (O₂) y dinitrógeno (N₂).
Una vía similar sucede en la bacteria Candidatus Methylomirabilis oxyfera, que vive en ambientes sin oxígeno. Sin embargo, lo necesita para oxidar el metano y usarlo como fuente de energía, así que lo produce de la misma manera que la anterior.
Recientemente, se ha observado también la liberación de oxígeno en un tipo de microbios que respiran nitrato (NO₃⁻); concretamente, en dos cepas bacterianas del grupo Deferribacterota. Lo hacen a través de una vía conocida como la reducción desasimilatoria de nitrato a amonio (DNRA).
Cuando “sudar” oxígeno es una forma de sobrevivir
Uno de los ejemplos más estudiados se da por la transformación de una sustancia tóxica llamada clorito (ClO₂⁻), en la que se libera cloruro (Cl⁻) y oxígeno (O₂). Esta reacción química permite a ciertos microbios eliminar dicha sustancia dañina para la célula, desintoxicándose. Es parecido a cuando una persona come demasiado picante y su cuerpo se pone a trabajar a tope para procesar y eliminarlo. En el proceso, se liberan compuestos que no eran el objetivo principal, como el sudor. Así, podemos decir que estos microorganismos, “sudan” oxígeno, no porque lo necesiten, sino como un efecto secundario de “limpiarse”.
Por otro lado, se puede liberar oxígeno a partir de otras sustancias tóxicas llamadas especies reactivas de oxígeno, como el peróxido de hidrógeno (H₂O₂, similar al que usamos como desinfectante).
Puede ocurrir de dos maneras. Una de ellas es por medio de enzimas, que son como una especie de herramientas que ayudan a las células a llevar a cabo las reacciones químicas. Las que participan en este proceso son la catalasa y la superóxido dismutasa, que tratan de reducir la toxicidad de las especies reactivas de oxígeno que pueda haber en la célula. Esta reacción es “fácil” y no necesita energía. De hecho, se puede producir sin la participación de ningún ser vivo. Se da cuando las especies reactivas de oxígeno reaccionan con ciertos metales como el hierro. Esto no sucede con la misma facilidad con la molécula de agua (H₂O), porque es mucho más estable y se necesita mucha energía para romperla –como la energía que aporta el Sol para la fotosíntesis, en la que sí se “divide” el agua–.
Cómo extraer oxígeno del agua sin luz
Se ha observado la ruptura de la molécula de agua en reacción con ciertos metales. Hay algunos microorganismos que necesitan captar metales como el cobre para sobrevivir, y lo hacen con unas moléculas llamadas metanobactinas. Lo sorprendente es que cuando estas metanobactinas se unen a ciertos metales, pueden extraer los electrones del agua (H₂O), rompiéndola y liberando oxígeno como consecuencia.
Y algo más sorprendente aún es que también puede suceder de forma abiótica, es decir, sin la intervención de seres vivos. En el fondo del océano, ciertos minerales pueden actuar como pequeñas baterías naturales, capaces de romper las moléculas de agua y generar, así, oxígeno, sin luz ni vida. Se trata de nódulos polimetálicos, “piedritas” del fondo del mar llenas de metales como manganeso, cobre y níquel, que se forman muy lentamente con el tiempo. Estos metales pueden crear diferencias de voltaje, algo que provee la energía necesaria para esta reacción.
Lo que el oxígeno oscuro nos enseña sobre la vida
Hemos visto la gran variedad de reacciones en las que se libera oxígeno sin luz y, conforme más se investiga, más formas aparecen. Estas investigaciones explican la presencia aparentemente paradójica de organismos que respiran oxígeno en ambientes donde no lo hay.
Además, podría arrojar luz sobre el origen de la vida y la vida en otros planetas. Incluso, se podría usar la base de estas reacciones para generar oxígeno en futuros escenarios a los que nos quisiéramos mudar desde la Tierra.
Sergio Vasco Francisco, Microbiólogo, Universitat de Barcelona and Maria Elena Casacuberta Suñer, Investigador Principal del MultiCellGenome lab., IBE (CSIC-UPF) Evolución y Biología Celular, Instituto de Biología Evolutiva (IBE – CSIC – UPF)
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
