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Microorganismos al rescate.

Fabiola Murguía Flores*

Ciencia UANL /Año 25, No.112, marzo-abril 2022

https://cienciauanl.uanl.mx/?p=11565 13 de septiembre de 2022.

Presentación.

Mucho se hace mención de que los cambios ambientales en gran parte se deben al cambio climático causado por el incremento en la atmósfera de gases con efecto de invernadero. En este artículo se explica la importancia que tienen algunos microorganismos en la absorción de bióxido de carbono y metano, lo que representa una posibilidad de disminuir la presencia de estos gases en la atmósfera y eventualmente reducir el cambio climático. Fabiola Murguía Flores es Bióloga por la Universidad Autónoma de México y es Maestra en Ciencias Biológicas por la misma Universidad. Trabaja para el Instituto de Investigaciones en Ecosistemas y sustentabilidad.

Existen varios grupos de seres microscópicos que han vivido en nuestro planeta casi desde que surgió la vida y se alimentan de gases de efecto invernadero. Durante mucho tiempo, estos seres pequeñitos han aprovechado la abundancia de diversos gases para subsistir; pero ahora, gracias a su estilo de vida y existencia, pueden ser nuestros aliados ante el cambio climático global. En especial, dado que éste ha sido provocado por el aumento en la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera, su principal alimento. ¿Te gustaría saber de quienes se trata y cómo podrían ayudarnos?, a continuación te lo contaremos.

GASES DE EFECTO INVERNADERO Y TEMPERATURA

Los gases de efecto invernadero son llamados así ya que atrapan calor dentro de la atmósfera, manteniendo una temperatura constante y agradable para toda la vida del planeta. La atmósfera terrestre está compuesta en su mayoría por nitrógeno y oxígeno, con una abundancia relativa de 78 y 21%, respectivamente; el 0.9% restante de gases está compuesto por helio, hidrógeno, argón y kriptón. En esta fracción menor de gases atmosféricos (aproximadamente 0.04%) se encuentran los de efecto invernadero: el dióxido de carbono –el más abundante–, metano, compuestos organofluorados y óxido nitroso. Los cuales, si bien parecen una fracción ínfima, son fundamentales para la regulación climática terrestre.

La concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera controla la temperatura terrestre y ambos, en conjunto, han cambiado a través de la historia del planeta. En los periodos en los que estaban más concentrados, hizo más calor, y cuando disminuyó su presencia, el planeta se hizo más frío y hasta se congeló en algunos periodos (Barnett y Schlesinger, 1987). En la actualidad, el problema es que desde la Revolución Industrial, las actividades humanas han producido muchos gases de efecto invernadero –principalmente dióxido de carbono y metano–, y esto ha sido en muy poco tiempo, para los estándares planetarios. Como resultado, el planeta se está calentando a ritmos sin precedentes y la necesidad de encontrar soluciones para mitigar el cambio climático se vuelve cada día más apremiante.

Una vía es reducir los gases de efecto invernadero a través de su consumo por los seres vivos. En particular, el dióxido de carbono y el metano son producidos y consumidos de manera natural por distintos microorganismos, seres muy pequeños cuyo cuerpo se compone de una sola célula –ya sea procariota como las bacterias, arquea o eucariota como las algas o los hongos–. En la actualidad están presentes en los ciclos globales de estos gases que tanto amenazan nuestra existencia, consumiendo una gran cantidad de ellos (Cavicchioli et al., 2019) ¿quieres saber cómo?

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LOS QUE CONSUMEN DIÓXIDO DE CARBONO

El dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero más abundante en la atmósfera, desde la Revolución Industrial, por ahí de 1760, su abundancia en la atmósfera se ha duplicado. Este gas es producido de manera natural por todos los seres vivos aerobios del planeta –es decir, los que respiran oxígeno–, pero también es el producto principal de la quema de combustibles fósiles, como la gasolina de tu carro o el gasóleo que se quema para producir electricidad. De manera natural, este gas es consumido o removido de la atmósfera por los organismos fotosintéticos –los que utilizan la energía del sol y el dióxido de carbono como fuente de energía–, principalmente las plantas, pero también hay algas y bacterias fotosintéticas. Gracias a los bosques, selvas y praderas llenas de vegetación, se consume como 30% de todo el dióxido de carbono emitido cada año, pero también hay otros organismos que ayudan a removerlo de la atmósfera, vamos a conocerlos.

Comencemos por el ambiente marino. Existen unas bacterias fotosintetizadoras que se llaman cianobacterias, y junto con una gran variedad de especies de algas unicelulares (de una sola célula eucarionte), forman el fitoplancton marino. Estos organismos consumen cerca de 22% de todo el dióxido de carbono que se emite tanto de fuentes naturales como humanas. El fitoplancton se encuentra suspendido en la columna de agua, y son los primeros organismos en usar el carbono del CO² y distribuirlo en el mar a través de la cadena trófica, ya que es el alimento de muchos organismos en el mar, y a todos les viene bien el carbono. El fitoplancton se encarga de 90% de la producción de oxígeno del planeta y la captura de dióxido de carbono que realizan a diario es casi equivalente al que realizan las plantas (Falkowski, 2012).

Hasta aquí todo muy bien, pero seguro te preguntarás, si el fitoplancton es tan bueno consumiendo dióxido de carbono, ¿por qué no motivamos su crecimiento por todos lados? El problema con las algas y las cianobacterias es que su crecimiento desmedido –que se conoce como florecimientos– puede ser nocivo para la fauna marina o para otros organismos fotosintéticos, debe haber un equilibrio entre su consumo y su proliferación.

Así que regarlos por todo el mar no es una opción viable. Pero por suerte contamos con su ayuda en este combate.

En el ambiente terrestre, los microorganismos a observar, y de preferencia con microscopio, son los hongos, ¡así cómo lo lees, los hongos! Estos seres extraordinarios pueden consumir de manera indirecta el dióxido de carbono de la atmósfera de dos maneras. La primera es asociándose con unas algas fotosintetizadoras formando una estructura conocida como líquen. Existen alrededor de 18 mil especies descritas de líquenes, la mayoría son simbiosis entre algas verdes y hongos, pero también las hay con cianobacterias. Los líquenes han existido en nuestro planeta desde hace aproximadamente 417 millones de años, y actualmente suelen vivir en todo tipo de ecosistemas terrestres, desde las regiones polares y boreales hasta los trópicos. Se calcula que forman entre 40 y 70% de la cobertura viva en regiones polares y desérticas. Estos seres fotosintéticos consumen cerca de 1% de todo el CO2 de la atmósfera, de acuerdo con una estimación de Philip Porada y colegas de la Universidad de Hamburgo en 2014. Tal vez 1% te suene poco, pero representa 1.5 petagramos de C, es decir, un 1.5 x 1015 g o un 1.5 seguido de 15 ceros y de no haber líquenes, todo este gas estaría flotando en la atmósfera, calentando aún más el planeta.

La segunda manera en que los hongos actúan como consumidores indirectos de dióxido de carbono también es en una asociación mutualista, pero esta vez con plantas, se les conocen como micorrizas. Los hongos micorrícicos extienden parte de su cuerpo llamado micelio –que son como hilos que se extienden por todos lados y es microscópico– y lo introducen en las raíces de las plantas. Los hongos proporcionan nutrientes a las plantas y las plantas les proporcionan carbono en forma de azúcares, esta asociación con hongos aumenta el potencial de la vegetación para consumir el CO2 de la atmósfera y almacenarlo en los suelos. Gracias a ello se les atribuye 60% del almacenamiento de carbono de los bosques. Recientemente, Nadejda Soudzilovskaia y colegas de la Universidad de Leiden, en Países Bajos, en un estudio publicado en 2019, hicieron una estimación de la cantidad de carbono que se puede almacenar en suelos con y sin micorrizas, revelando que los ecosistemas con vegetación micorrizada capturaron doce veces más carbono. Se calcula que la interacción puede establecerse con 250 mil especies de plantas, por lo que se encuentran en todo tipo de ecosistemas. Sin embargo, son muy sensibles a debilitar o romper la interacción ante la pérdida de vegetación nativa y la deforestación, por lo que una solución para mantenerlos es evitar la fragmentación desmedida de los ecosistemas por la agricultura y el pastoreo. Al final queremos seguir contando con su ayuda.

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LOS QUE COMEN METANO El metano es un gas hidrocarburo –ya que se compone de carbono e hidrógeno– bastante abundante en el aire que respiramos y es el segundo gas de efecto invernadero más concentrado en la atmósfera, con un poder de retener calor hasta 23 veces más eficiente que el dióxido de carbono. Su concentración ha aumentado casi al triple desde la Revolución Industrial.

Los microorganismos que se comen este gas se llaman metanótrofos y son unas bacterias muy particulares. En los ambientes terrestres, las bacterias metanótrofas viven casi por todos lados, son muy abundantes en los suelos de todos los ecosistemas, incluso en suelos agrícolas. También se han encontrado metanótrofos en ríos, lagos, lagunas, pantanos, suelos congelados y hasta en el fondo del mar, siempre que haya metano ellos llegan a la fiesta.

Estos microorganismos consumen 10% de todo el metano de la atmósfera cada año, de acuerdo con una estimación realizada por Fabiola Murguía-Flores y colegas de la Universidad de Bristol, en una publicación de 2018. De nuevo te sonará poco 10%, pero es mucho, son como 34 teragramos o 3.4 x 1012 gramos al año. Si no fuera por ellos habría 10% más metano en la atmósfera y una temperatura global mucho mayor, ya que el metano es muy eficiente atrapando calor dentro del planeta. Otro hecho importante es que se comen hasta 90% del metano que se produce en el suelo y el fondo marino, impidiendo que llegue a la atmósfera.

Muchos científicos nos hemos preguntado cómo podemos motivar a estas bacterias para que consuman más metano y sean una alternativa de mitigación del cambio climático. Bueno, la respuesta no es sencilla ya que hay muchos factores que afectan a los metanótrofos. Sin embargo, dentro de las posibilidades está el manejo de los suelos agrícolas, y en particular disminuir el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados. Esto se debe a que a estas bacterias también les gusta el nitrógeno, como el que tienen los fertilizantes, y si pueden escoger entre metano y nitrógeno –resulta que son de gustos caros–, prefieren este último. Por lo anterior, en las zonas agrícolas hay una disminución del consumo de metano por parte de estos organismos. Si queremos que nos sigan ayudando, debemos evitar excedernos con nitrógeno en los campos agricolas.

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UNA LECCIÓN DE LOS MÁS CHIQUITOS El consumo de carbono y metano por parte de estos seres microscópicos no es pequeño, ya que nos libran de grandes cantidades de gases de efecto invernadero, también son reguladores, año con año, de los niveles globales de estos dos gases. Pese a su tamaño, su gran importancia radica en su número y su distribución, ya que se encuentran por todos lados, tanto en el mar como en la tierra. Finalmente, la moraleja que nos dejan estos microorganismos es que las pequeñas acciones –hasta las de los más pequeñitos–, si las hacemos entre todos, repercuten en todo el mundo.

• Universidad Nacional Autónoma de México.

Contacto: fmurguia@cieco.unam.mx

REFERENCIAS Berner, R.A. (2003). The long-term carbon cycle, fossil fuels and atmospheric composition. Nature. 426(6964):323-326.

Barnett, T.P., y Schlesinger, M.E. (1987). Detecting changes in global climate induced by greenhouse gases. Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 92(D12):14772-14780.

Cavicchioli, R., Ripple, W.J., Timmis, K.N., et al. (2019). Scientists’ warning to humanity: microorganisms and climate change. Nature Reviews Microbiology. 17(9):569-586.

Falkowski, P. (2012). Ocean science: the power of plankton. Nature. 483(7387):S17-S20. Porada, P., Weber, B., Elbert, W., et al. (2014). Estimating impacts of lichens and bryophytes on global biogeochemical cycles. Global Biogeochemical Cycles. 28(2):71-85.

Soudzilovskaia, N.A., Bodegom, P.M. van, Terrer, C., et al. (2019). Global mycorrhizal plant distribution linked to terrestrial carbon stocks. Nature Communications. 10:5077-5086.

Sugerencias de actividades de aprendizaje.

1. Leer el artículo y hacer una discusión grupal.

2. Investigar las principales fuentes de gases de invernadero en la Ciudad de México.

3. Hacer que cada alumno investigue entre los miembros de su familia quienes utilizan vehículos automotores y que calculen la cantidad de litros de gasolina consumida por mes, cuantos minutos les toma el bañarse. Si acostumbran hacer carne asada, ¡qué tan seguido lo hacen? e investigar entre sus conocidos si realizan actividades que generen bióxido de carbono.

4. Investigar las principales fuentes de metano en el mundo.

5. Hacer un plan individual para reducir la emisión de gases de invernadero.

6. Si tienen jardín o conocen a personas que tengan jardín investigar si usan fertilizantes nitrogenados.