ejemplar de cobre nativo

Como usted y yo, los microbios necesitan algunos metales en su dieta para mantenerse sanos. Los metales ayudan a los microbios a “digerir” completamente los alimentos. Después de una buena comida, los microbios que obtienen energía reduciendo químicamente el nitrato liberan un subproducto inofensivo: el nitrógeno, el gas que constituye el 78% de la atmósfera terrestre.

Pero si un metal en particular, el cobre, no está disponible, estos microbios no pueden completar el proceso bioquímico “digestivo”, llamado desnitrificación. En lugar de liberar nitrógeno, liberarán el potente gas de efecto invernadero óxido nitroso.

Estudios de laboratorio anteriores con cultivos puros han demostrado que la disponibilidad de cobre era importante para la desnitrificación. Ahora, una investigación del laboratorio de Daniel Giammar, catedrático Walter E. Browne de Ingeniería Medioambiental en la Escuela de Ingeniería McKelvey, y de Jeffrey Catalano, profesor de Ciencias de la Tierra y Planetarias en Artes y Ciencias, ambos de la Universidad de Washington en San Luis, ha demostrado que en los complejos y dinámicos entornos acuáticos que estos microbios consideran su hogar, podría no haber siempre suficiente cobre disponible para la desnitrificación.

Su investigación se publicó el 15 de junio en la revista Geochimica et Cosmochimica Acta.

“El material de un vaso de precipitados no es el mismo que el del medio ambiente”, afirma Giammar. “Gran parte de nuestro enfoque consistió en tomar materiales reales de sistemas ambientales reales y traerlos al laboratorio para observarlos de forma controlada”.

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Los hallazgos subrayan el enorme papel del cobre en la liberación de óxido nitroso. “En los niveles normales de fondo, estos sistemas pueden no tener suficientes metales para llevar a cabo el proceso”, dijo Neha Sharma, estudiante de doctorado en el laboratorio de Giammar.

Esto es importante porque el óxido nitroso es el tercer gas de efecto invernadero más potente y el 50% de él procede de los microbios de los ecosistemas acuáticos.

Para entender mejor cómo afectaba el cobre a la liberación del gas en estos sistemas, Sharma y Elaine Flynn, científica principal del laboratorio de Catalano, fueron a la fuente. En colaboración con tres laboratorios del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) -los laboratorios nacionales de Oak Ridge y Argonne y el Savannah River Site-, Sharma y Flynn recogieron microbios de humedales y lechos de ríos. Cuando analizaron la cantidad de cobre que había en los sistemas, se dieron cuenta de que no era suficiente para completar la desnitrificación.

“Entonces quisimos ver, si añadíamos cobre manualmente, si afectaría a la liberación de óxido nitroso”, dijo Sharma. Y así fue. “Todo el óxido nitroso se convirtió en otras cosas”, pero ningún gas de efecto invernadero dañino.

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Este hallazgo podría apuntar a nuevas formas de frenar el calentamiento de la atmósfera, dijo Sharma. “Si ponemos un poco de metales en los sistemas naturales, podría mitigar la liberación de N2O”, dijo. También podría tener un efecto más inmediato para los investigadores que estudian el clima.

“Actualmente, los modelos que predicen la liberación de gases de diversos sistemas no tienen en cuenta estos factores”, dijo Sharma. “Saben que factores como la disponibilidad de alimentos o la temperatura pueden afectar a la liberación de gases de efecto invernadero, pero no incluyen el efecto de los metales en este aspecto de los gases de efecto invernadero”.

Complejidad extrema

Para que la gente entienda realmente y haga predicciones útiles sobre el clima, los modelos climáticos deben incorporar toda la complejidad del mundo real presente en ecosistemas específicos.

Otro estudio, publicado en mayo en la revista ACS Earth & Space Chemistry, analizó el comportamiento de cuatro metales diferentes de los suelos de los humedales ribereños del Savannah River Site y de los sedimentos de los arroyos cercanos al Oak Ridge National Laboratory.

El equipo de investigación, que incluye a Sharma y a Zixuan Wang, estudiante de doctorado en el laboratorio de Zhen “Jason” He, profesor de ingeniería energética, ambiental y química, quería saber si la disponibilidad de los metales cambiaba cuando los metales estaban bajo el agua (y había poco oxígeno) frente a cuando estaban expuestos al aire.

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El equipo tenía razones para creer que los cuatro metales, todos ellos importantes para las reacciones bioquímicas de los microbios, podrían actuar de forma similar. Sin embargo, para su sorpresa, los metales actuaron de forma diferente en situaciones similares.

“Esto significa que la biodisponibilidad de ciertos metales cambia con las estaciones”, dijo Sharma. “Esto pone de manifiesto la extrema complejidad de los sistemas naturales”.

Para captar esa complejidad se necesitan diversos especialistas y colaboradores.

“Somos ingenieros medioambientales, siempre estamos pensando ‘¿por qué es importante esto? ¿Qué va a hacer esto por el clima? ¿Qué se puede hacer?”. dijo Giammar. “Pero además, colaboramos con el investigador principal, Jeffrey Catalano”, lo que dio al trabajo una fuerte perspectiva geoquímica.

Además de recibir financiación y acceso a las cuencas hidrográficas de los laboratorios del DOE, esta investigación también contribuye a la base de conocimientos del DOE.

Proporciona una pieza más del rompecabezas de la “función de las cuencas”, el estudio de las funciones biogeoquímicas de las cuencas y sus habitantes. Mientras tanto, otros investigadores de otros campos hacen lo mismo.

Juntos, los conocimientos pueden cambiar la forma de entender las relaciones de las cuencas hidrográficas

Fuente: Science Daily