miércoles, 6 de julio de 2016

¿Comer electricidad?

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 6 de julio de 2016

Todo mundo sabe que algunos organismos comen carne, otros plantas, y otros un poco de todo. También que las plantas fabrican su propio alimento. Y que hay otros que desintegran la materia orgánica de los cadáveres de los demás seres vivos. Pero ¿puede haber organismos que se alimenten de electricidad?

La pregunta es capciosa: desde hace tiempo se sabe que existen microbios capaces de “comer” electricidad: son bacterias que, más precisamente, se “alimentan” de los electrones que arrancan a sustancias inorgánicas en los lugares donde habitan.

¿Y dónde habitan? En el suelo o el subsuelo, en cavernas y minas, o en el fondo marino, entre sedimentos, o cerca de las ventilas hidrotermales que expelen agua caliente cargada de minerales. La verdad es que apenas conocemos una mínima porción de la biodiversidad microbiana de nuestro planeta. Seguramente entre más busquemos, más especies hallaremos; el problema es que es muy difícil detectar e identificar a estos microorganismos que los especialistas llaman litótrofos (“comedores de rocas”), pues para ello se requiere cultivarlos, lo cual resulta especialmente complicado debido precisamente a su metabolismo. Lo que han hecho muchos investigadores es aplicar electrodos a cultivos obtenidos de la naturaleza para ver si hay en ellos bacterias capaces de aceptar o donar electrones, por ejemplo.

Pero presentar a estas bacterias que “comen electricidad” como algo extraño e inaudito es un poco tramposo: en realidad, todos los seres vivos lo hacemos. Lo que hace especiales a estas bacterias es que logran arrancar electrones (o donarlos) a materiales inorgánicos, muchas veces sólidos: minerales. Todo organismo existe gracias a reacciones químicas en las que arrancamos electrones a ciertos materiales y los donamos a otros, y en el proceso obtenemos la energía que necesitamos para vivir (excepto los seres fotosintéticos, que obtienen su energía del sol, pero que aún así la almacenan moviendo electrones).

La vida es un fenómeno basado en reacciones de óxido-reducción, o “redox”. Sí: esas que todos odiábamos tener que balancear en la secundaria y prepa. En realidad no es tan difícil: cuando se arranca un electrón a una sustancia, ésta se oxida; si por el contrario se le dona un electrón, se reduce. Siempre que una sustancia se oxida, otra simultáneamente se reduce. Algunas de estas reacciones son espontáneas y liberan energía; otras requieren que se les suministre energía, que queda almacenada en los productos.

Si el donador y el receptor de electrones (el oxidante y el reductor) se hallan dentro de una batería y el movimiento de electrones se da a través de un cable eléctrico que puede hacer trabajar un motor, hablamos de un circuito eléctrico. Si el donador de electrones es un compuesto orgánico y el receptor es el oxígeno –que al reducirse se combina con hidrógeno del aire para producir agua–, y el movimiento de electrones se da dentro de una célula, hablamos de metabolismo.

Los animales oxidamos compuestos orgánicos altamente reducidos y en el proceso liberamos su energía, que usamos para vivir. Las plantas, por su parte, usan la energía del sol para reducir un compuesto altamente oxidado (el dióxido de carbono) y combinarlo con hidrógeno del aire para transformarlo en carbohidratos. La vida es, en cierto modo, un fenómeno químico de óxido-reducción (el premio Nobel de medicina Albert Szent-Giörgyi afirmó que “la vida no es más que un electrón buscando un lugar para descansar”).

Lo fascinante de estas bacterias marinas y del subsuelo, que se están estudiando diversos laboratorios, es que presentan mecanismos metabólicos novedosos: algunas toman los electrones directamente de los minerales; otras expulsan enzimas que toman los electrones y luego las ingieren de nuevo; otras más van construyendo redes de materiales conductores en el suelo a su alrededor que les permiten ir adquiriendo electrones de zonas con las que no están directamente en contacto.

Hoy se investiga para buscar maneras de aprovechar estos procesos para, por ejemplo, transformar la corriente eléctrica proveniente de fuentes renovables en metano, para usarlo como biocombustible (electrometanogénesis). Por otro lado, entender mejor este tipo de metabolismo puede servir para buscar vida en otros planetas, que podría funcionar de esta manera.

La célula es el espacio donde la biología y la química se funden (por eso hoy ya no hablamos de “biología celular”, sino de biología molecular de la célula). Cuando piense usted en estar vivo, piense no en “energías” abstractas de tipo místico, sino en la energía de los trillones de reacciones redox que están oxidando y reduciendo moléculas a cada instante dentro de cada una de las células de su cuerpo. Quizá así recuerde con menos odio sus clases de química.



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Contacto: mbonfil@unam.mx

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3 comentarios:

Ribozyme dijo...

Parte de la maquinaria de transporte de electrones utiliza hierro, en unas proteínas llamadas "citocromos" (que precisamente son coloridas por el hierro que contienen). El cianuro forma complejos con ese hierro y evita que pueda ser usado para transportar electrones, por eso es tan letal para la mayoría de los seres vivos, y de una manera rapidísima.

Miguel Sánchez dijo...

Ya se sabe: somos polvo de estrellas . . . "redoxidado".
Muy bien explicado.

Martín Bonfil Olivera dijo...

¡Gracias, Ribo y Miguel!