El oxígeno que produce el Amazonas lo consume la selva, el que producen las cianobacterias lo consumen los animales del mar. ¿Entonces? ¿De dónde sale el oxígeno que respiramos?

A la pregunta: “¿De dónde proviene el oxígeno que respiramos?”, la mayoría de nosotros respondería que de las plantas, teniendo en mente la imagen de la selva tropical del Amazonas o de nuestras sierras y montañas, asociada a la importancia de su conservación. Sin embargo, la respuesta correcta incluye junto a las plantas a diminutos organismos marinos que flotan por miles en cada gota de agua: las cianobacterias.

Las cianobacterias marinas son las responsables de más del 50 % del oxígeno que se produce en la Tierra. Ellas dotan de oxígeno al mar, permitiendo que respiren los seres marinos. Si las cianobacterias dejaran de cumplir su función, el mar sería un cementerio. Ellas nos dieron la bolsa de oxígeno primigenia de la que aún respiramos.

Cómo se creó el oxígeno que respiramos
Durante la primera mitad de la historia de nuestro planeta no hubo oxígeno en la atmósfera. Fueron las cianobacterias primigenias las que evolutivamente desarrollaron la fotosíntesis oxigénica: un método para tomar energía de la luz del sol para producir azúcares del agua y el CO₂, que tiene como resultado final la liberación de oxígeno.

Este espectacular evento que se conoce como la Gran Oxidación o la revolución del oxígeno fue determinante en nuestra historia evolutiva. El aumento de la concentración de oxígeno permitió la aparición de formas de vidas multicelulares, que fueron aumentando su complejidad hasta alcanzar la biodiversidad actual.

Hoy en día seguimos viviendo de esta reserva creada durante millones de años, que se mantiene gracias a que el balance con los otros procesos donde se consume oxígeno es casi nulo. Sólo una milésima parte de la actividad fotosintética mundial escapa de los procesos biológicos y se agrega al oxígeno atmosférico.

La falta de oxígeno que arrasa la vida marina
En la superficie de los océanos las cianobacterias marinas producen enormes cantidades de oxígeno. Suficiente para la vida marina. Sin embargo, en ocasiones el sistema se descompensa y las aguas se vuelven inhabitables para la mayoría de los organismos aerobios.

Wikimedia Commons / Luke Thompson from Chisholm Lab and Nikki Watson from Whitehead, MIT
En ellas, la solubilidad del oxígeno es menor, el agua menos densa y no hay corrientes para la ventilación. Estas zonas se han multiplicado en los últimos años principalmente por el calentamiento del océano que hace disminuir la solubilidad de los gases y por el exceso de nutrientes, debido a la actividad antropogénica. Esto es lo que ocurre, por ejemplo, en el Mar Menor, que debido al vertido de grandes cantidades de nutrientes procedentes de la actividad agraria (nitratos y fosfatos) causa la eutrofización y se disminuye el oxígeno que los peces necesitan para la vida.

Las consecuencias de estas zonas con hipoxia sobre la vida marina son evidentes. Sólo sobreviven aquellos individuos que pueden migrar a otras regiones y mueren o morirán los organismos que no se pueden mover por sí mismos o se desplazan muy lentamente (algas, invertebrados, moluscos, corales, pastos marinos, algunos equinodermos, etc.).

Si nos quedáramos sin oxígeno en los océanos, se produciría una enorme pérdida de hábitat y de biodiversidad.

La importancia de las cianobacterias marinas
Las cianobacterias marinas forman parte, junto a las algas unicelulares, del fitoplancton. Estos microorganismos flotan por miles en cada gota de agua de las capas superiores del océano y constituyen el primer eslabón de la cadena trófica de estos ecosistemas. Sin ellos, mares y océanos serían desiertos sin vida. Además, contribuyen sustancialmente a mantener los ciclos de carbono, oxígeno y nitrógeno en la biosfera.

Estos microorganismos realizan su ciclo de renovación y muerte en apenas unos días. Son la fuente que produce la mayor parte del oxígeno mundial y además de absorber la luz y liberar oxígeno, retira el CO₂ disuelto para fijarlo, en forma de carbohidratos, a sus estructuras biológicas. Cuando el fitoplancton muere, parte del carbono captado cae a las profundidades del océano.

Las cianobacterias marinas están formadas en su mayoría por dos grandes géneros: Synechococcus y Prochlorococcus. Hasta hace unos 45 años, estos microorganismos eran completamente desconocidos. Synechococcus no se descubrió hasta finales de los años 70 y su pariente más cercano, Prochlorococcus, hasta 1986.

La distribución oceánica de estos grupos depende, entre otros factores, de la disponibilidad de nutrientes y la temperatura. Mientras que Prochlorococcus abunda en las aguas pobres en nutrientes de las zonas subtropicales y tropicales, Synechococcus prospera en aguas con niveles intermedios y moderadamente bajos de nutrientes, colonizando un número amplio de nichos ecológicos. Estudios recientes han mostrado que las interacciones con predadores son también un factor importante en la distribución de estos microorganismos.

Aunque las cianobacterias requieren nitrógeno como nutriente esencial para el crecimiento, su disponibilidad es un factor limitante en los océanos. Este elemento lo podemos encontrar en forma de amonio, urea, nitrito, nitrato o aminoácidos, siendo el primero la fuente preferida de estos microorganismos.

¿Son capaces de coexistir ambos géneros?
Ambos organismos habitan zonas donde los nutrientes son muy escasos, y cabría preguntarnos si pueden coexistir, o la presencia de uno excluye al otro al ser competidores por los mismos nutrientes. La respuesta es que sí, coexisten.

Aunque Prochlorococcus es más abundante, Synechococcus marino es capaz de coexistir con éxito, incluso en zonas oligotróficas de los océanos. Entonces, ¿cómo lo consigue? Esta respuesta aún no se conoce con certeza, pero una hipótesis es que Synechococcus prefiera utilizar el nitrato del medio y no competir por el amonio.

Por ello, la asimilación de nitrato es de particular interés, porque es una forma de nitrógeno abundante en los ambientes marinos, aunque al mismo tiempo es una fuente costosa para la célula, ya que está completamente oxidada y la célula necesita llevar a cabo dos reacciones de reducción para poder utilizarla: tiene que pasar el nitrato a nitrito y el nitrito a amonio. Además, casi todas las estirpes marinas de Synechococcus poseen los genes que codifican la maquinaria para asimilar el nitrato, a diferencia de la mayoría de Prochlorococcus, que carecen de ella.

Nuestro trabajo en el laboratorio con Synechococccus consiste en la medición de diferentes parámetros que indican el estado de los cultivos según la disponibilidad de nitrógeno. Algunos resultados preliminares de nuestro grupo sugieren la existencia de un sistema que permite a Synechococcus detectar concentraciones nanomolares de nitrato. ¿Se trata de un sistema específico en su respuesta a bajísimas concentraciones de nitrato? Seguimos trabajando para responder a esta pregunta que nos permita profundizar en el conocimiento de las mayores productoras de oxígeno de La Tierra.