Oxígeno oscuro: ¿podríamos respirar si no existiera la luz del sol?

Fondo marino. Iannis Papanastasopoulos / Unsplash., CC BI-SA

¿De dónde viene el oxígeno que respiramos? Una respuesta rápida y sencilla sería: “de las plantas”. Pero los cálculos fallan, así que profundizamos un poco más y vemos que a la ecuación hay que añadir organismos mucho más pequeños, que juntos forman una enorme biomasa: el fitoplancton, compuesto por algas unicelulares y cianobacterias.

Las plantas, las algas y las cianobacterias necesitan luz y agua para producir oxígeno. Además, para realizar lo que se conoce como fotosíntesis capturan dióxido de carbono, por lo que deben ser nuestros aliados contra el cambio climático.

Tu objetivo realmente no es producir oxígeno, sino poder construir tu cuerpo creando materia orgánica desde cero. Pero el caso es que lo producen, y esto permitió el desarrollo de vida compleja en nuestro planeta (además de grandes extinciones).

Las cianobacterias utilizan la luz solar para realizar la fotosíntesis. En la foto, Proclorococo marinus. Wikimedia Commons., CC BI ¿Qué es el oxígeno oscuro?

Sin embargo, ¿se puede producir este elemento de otra forma? ¿Sin luces? ¿O incluso sin necesidad de seres vivos? La respuesta es sí. El oxígeno “oscuro” es esencial para las comunidades que viven en regiones libres de oxígeno a grandes profundidades.

Hoy en día, existen varias formas en que algunos microbios pueden generar oxígeno sin necesidad de luz solar. En algunos casos, es el objetivo y en otros es simplemente un producto de desecho de otra reacción necesaria, como ocurre en la fotosíntesis.

Nitrosopumilus maritimus, uno de los seres vivos más pequeños, de 0,2 micrómetros de diámetro. Wikimedia Commons., CC BY “Anhelo, como”

Por ejemplo, existe un microorganismo llamado Nitrosopumilus maritimus que necesita amoniaco y oxígeno en concentraciones muy bajas para obtener energía. Pero lo sorprendente es que puedes producir tu propio oxígeno cuando no hay ninguno en el ambiente.

¡Imagínate quedarte sin aire y poder hacerte una botella de oxígeno para mantenerte con vida! Bueno, este microbio lo hace mediante la dismutación del óxido nítrico (NO), una vía metabólica (una serie de reacciones químicas en las que el sustrato inicial se transforma para producir productos finales) en la que se producen oxígeno (O₂) y dinitrógeno (N₂).

Una vía similar ocurre en la bacteria Candidatus Methylomirabilis okifera, que vive en ambientes libres de oxígeno. Sin embargo, lo necesita para oxidar el metano y utilizarlo como fuente de energía, por lo que lo produce de la misma forma que el anterior.

También se ha observado recientemente la liberación de oxígeno en una especie de microbios que respiran nitrato (NO₃⁻); concretamente, en dos cepas de la bacteria Deferribacterota. Lo hacen a través de una vía conocida como reducción disasimilativa de nitrato a amonio (DNRA).

Cuando “sudar” oxígeno es una forma de supervivencia

Uno de los ejemplos más estudiados es la transformación de una sustancia tóxica llamada clorito (ClO⁻), en la que se libera cloruro (Cl⁻) y oxígeno (O₂). Esta reacción química permite que ciertos microbios eliminen dicha sustancia nociva para la célula, realizando la desintoxicación. Es similar a cuando una persona come demasiada comida picante y su cuerpo se acelera para procesarla y eliminarla. En el proceso se liberan compuestos que no eran el objetivo principal, como el sudor. Entonces podemos decir que estos microorganismos “sudan” oxígeno, no porque lo necesiten, sino como efecto secundario de la “limpieza”.

Por otro lado, el oxígeno puede liberarse de otras sustancias tóxicas llamadas especies reactivas de oxígeno, como el peróxido de hidrógeno (H₂O₂, similar al que usamos como desinfectante).

Esto puede suceder de dos maneras. Una de ellas es una serie de enzimas, que son como una especie de herramientas que ayudan a las células a realizar reacciones químicas. Las implicadas en este proceso son la catalasa y la superóxido dismutasa, que intentan reducir la toxicidad de las especies reactivas de oxígeno que puedan estar presentes en la célula. Esta reacción es “fácil” y no requiere energía. De hecho, puede producirse sin la participación de ningún ser vivo. Se forma 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 requiere mucha energía para romperla, como la energía que proporciona el Sol para la fotosíntesis, en la que el agua se “divide”.

Cómo extraer oxígeno del agua sin luz.

Se ha observado la desintegración de las moléculas de agua al reaccionar con ciertos metales. Hay algunos microorganismos que deben capturar metales como el cobre para poder sobrevivir, y lo hacen con unas moléculas llamadas metanobactinas. Sorprendentemente, cuando estas metanobactinas se unen a ciertos metales, pueden extraer electrones del agua (H₂O), descomponerla y, como resultado, liberar oxígeno.

Nódulo de manganeso. Wikimedia Commons, CC BI

Y algo aún más sorprendente es que también puede ocurrir de forma abiótica, es decir, sin intervención de seres vivos. En el fondo del océano, ciertos minerales pueden actuar como pequeñas baterías naturales, capaces de descomponer las moléculas de agua para generar oxígeno, sin luz ni vida. Se trata de nódulos polimetálicos, “guijarros” del fondo marino llenos de metales como manganeso, cobre y níquel, que se forman muy lentamente con el tiempo. Estos metales pueden crear diferencias de voltaje, algo que proporciona la energía necesaria para esta reacción.

Lo que el oxígeno oscuro nos enseña sobre la vida

Hemos visto una amplia gama de reacciones en las que se libera oxígeno sin luz y, a medida que se realizan más investigaciones, surgen más formas. Estos estudios explican la presencia aparentemente paradójica de organismos que respiran oxígeno en ambientes donde éste está ausente.

Además, podría arrojar luz sobre los orígenes de la vida y de la vida en otros planetas. La base de estas reacciones podría incluso usarse para crear oxígeno en escenarios futuros en los que querríamos alejarnos de la Tierra.

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