Respiración externa: Bacterias que respiran piedras

Bacterias de la familia Shewanella, algunas de las estudiadas

Existen muchos ambientes en la Tierra en los que no hay oxígeno, y, sin embargo, viven bacterias en ellos, las bacterias anaerobias.

La respiración, a nivel celular, consiste fundamentalmente en la ruptura de enlaces químicos obteniendo así la célula la energía necesaria para su funcionamiento. Con esta ruptura se produce una liberación de electrones, que deben ser aceptados por alguna molécula para completar el proceso.

El proceso de reducción más conocido, la respiración aeróbica, utiliza oxígeno molecular (O2) y glucosa (cuya fórmula resumida es C6H12O6), y acaba liberando agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Éste es el que nosotros utilizamos, y en él es imprescindible el oxígeno.

Las bacterias anaerobias viven en ambientes sin oxígeno, luego tienen que reducir otros elementos, entre los que destacan el hierro (Fe) y el manganeso (Mn).

Pero el reciente descubrimiento del Profesor David Richardson, de la Escuela de Ciencias Biológicas de la Universidad de East Anglia, y su equipo, es un mecanismo por el que muchas de estas bacterias consiguen usar minerales con estos elementos para respirar, pero externamente, emitiendo los electrones sobrantes fuera de su cuerpo a través de la pared bacteriana, para que sean aceptados por piedras ricas en estos compuestos, o sea, emiten descargas eléctricas al exterior. Este descubrimiento ha sido publicado recientemente en la prestigiosa revista PNAS.

Según indican los investigadores, esto podría suponer un gran avance en investigaciones sobre pilas de combustible (utilizando como combustible residuos humanos o agrícolas, y a las bacterias como productoras de electricidad), así como en limpieza de medios contaminados con petróleo o con uranio radiactivo (utilizando el petróleo como alimento de las bacterias, o el uranio como posible aceptador de electrones), y en otras líneas de investigación que vengan a surgir.

Ver más en Scitech News o en el comunicado de prensa de la Universidad de East Anglia.

Bioenergía contra biodiversidad

Praderas como ésta pueden ser substituidas por maíz para producción de etanol (biodiésel)

Cada vez más hay grandes plantaciones para la obtención de biodiésel, entre las que destaca el maíz para producción de etanol. 

Las superficies utilizadas para estas plantaciones son enormes, y se retiran en muchos casos de las zonas vírgenes, aún no cultivadas, que quedan. En otros casos, se utilizan zonas que antes eran usadas para la producción de alimentos, una vez que resulta más rentable la producción de biodiésel, lo que debe conllevar un encarecimiento de los precios de los alimentos.

Estas plantaciones afectan la biodiversidad, reduciendo o eliminando los ecosistemas de otras plantas y de los animales salvajes, y además necesitan grandes cantidades de fertilizantes, que contaminan el suelo, y muchas veces el cultivo de especies exóticas en la zona puede conllevar invasiones sobre las especies indígenas.

Un estudio reciente, publicado en la edición de octubre de BioScience, plantea una manera de poder conjugar la producción de biodiésel y la manutención de la biodiversidad. En este estudio, Joseph E. Fargione, de Nature Conservancy, y 9 colegas, verifican la disminución de pastos salvajes y su substitución por maíz para etanol en Estados Unidos, llegando ya a valores alarmantes. Mientras tanto, el Congreso de Estados Unidos ya ha indicado que se debe aumentar bastante la producción de biodiésel, lo que vendrá con seguridad a agravar el problema.

Proponen en este estudio, como alternativas, la utilización para producción de biodiésel de materias primas como desechos, residuos agrícolas y cultivos de cobertura, cosechar plantas perennes nativas (aunque perjudicial para la fauna nativa, lo sería mucho menos que substituir estas plantas por otras), o la utilización de cultivos de algas.

Concluyen diciendo que es urgente que se hagan estudios de las producciones y rendimientos, con comparaciones detalladas, de las diferentes materias primas posibles, a fin de poder concebir estrategias de producción bioenergética favorables para la vida silvestre.

Así pues, el biodiésel puede ser, además de parte de la solución a los problemas ambientales, también una parte del problema. Como todo, deberá utilizarse con peso y medida.

Visto en Bio-Medicine

Las bacterias como alternativa: energía y contaminación

Cultivo bacteriano. Por debajo, cultivos en placas de Petri y ambiente extremo en el que viven bacterias.

Presentes en prácticamente todos los hábitats de la Tierra, las bacterias producen innumerables compuestos químicos. Algunas sintetizan productos valiosos para los seres humanos, como biocombustibles, plásticos y fármacos, en tanto que otras descomponen contaminantes atmosféricos. La mayoría de ellas dependen de los compuestos de carbono como fuente de energía, pero no todas: algunas funcionan de manera totalmente diferente.

Los expertos en el metabolismo bacteriano están aprendiendo a sacar partido de esos procesos, siendo la producción de biocombustibles un área de gran interés. En el MIT, la ingeniera química Kristala Jones Prather está desarrollando bacterias que pueden producir combustibles tales como butanol y pentanol a partir de subproductos agrícolas, mientras Gregory Stephanopoulos, profesor de ingeniería química, está tratando de obtener mejores productores microbianos de biocombustibles mediante la estrategia de mejorar su resistencia a la toxicidad de los materiales que fermentan y de las sustancias que producen ellos mismos.

Producir plásticos y telas empleando bacterias puede consumir mucha menos energía que los procesos industriales tradicionales, porque la mayoría de las reacciones químicas industriales requieren de elevadas temperaturas y presiones (las cuales a su vez necesitan mucha energía para obtenerse). Las bacterias, en cambio, normalmente proliferan a unos 30 grados centígrados, y a presión atmosférica normal.

En otro frente, también en el MIT, la profesora de química Catherine Drennan está estudiando cómo pueden las bacterias degradar compuestos como el monóxido de carbono, dióxido de carbono y otros contaminantes atmosféricos.

Las bacterias con las que trabaja Drennan absorben dióxido o monóxido de carbono, y los usan para producir energía. Tales microbios retiran del entorno una cantidad de monóxido de carbono de mil millones de toneladas por año aproximadamente.

Tenemos aquí una nueva línea de investigaciones, basadas en las bacterias, que podrían solucionar o paliar tanto nuestros problemas energéticos como los de contaminación.

No nos conviene olvidar, además, que la mayoría de las especies de seres vivos, y la mayor cantidad de biomasa, y los seres que más y más diferentes ecosistemas colonizan (incluidos muchos extremamente agrestes), son bacterias, a pesar de ser microscópicas. Bueno es no olvidarnos, para lo bueno y para lo malo, de contar con ellas.

Aquí pueden ver la revista del MIT con este artículo, en formato PDF (en inglés).

Noruega: Autobuses con combustible fecal

En Oslo, Noruega, se toman muy en serio los combustibles ecológicos y el reciclaje. Hasta septiembre de este año, deben entrar en funcionamiento 80 autobuses, en fase experimental, movidos por un nuevo combustible: biometano proveniente de material fecal humano.

Los autobuses tendrán incorporadas máquinas que transforman el material fecal en gas metano. El metano funcionaría como combustible, haciendo andar el autobús.

Dos estaciones de tratamiento de residuos urbanos serán modificadas para poder abastecer a los vehículos, alogo así como sus "gasolineras".

En relación a los mismos, no serán necesarias grandes alteraciones, además de la incorporación de la máquina de obtención del metano.

Se estima que este biometano debe costar unos 0,40 euros por litro menos que el combustible utilizado actualmente (calculan 0,27 euros/litro del biometano frente a los 0,67 del gasóleo utilizado actualmente).

Además, la emisión neta de CO2 debida a la combustión del metano es nula, una vez que el carbono utilizado en este combustible proviene de la atmósfera y no de combustibles fósiles. Teniendo en cuenta la electricidad que se gasta en la fabricación del metano a partir del material original, aún así el cálculo del ahorro conseguido es de unas 44 toneladas de CO2 por autobús / año.

Si todo sale bien en las pruebas, los 80 pasarán a 400, toda la flota de Oslo, incluso aunque para eso tengan que utilizar una mezcla de biometano con biogas proveniente de incineración de restos de cocinas de restaurantes y de casas particulares (no sabemos si por falta de materia prima para producir suficiente biometano...).

Yendo más lejos, las autoridades de Oslo piensan que, se todo sale bien, podrían modificar también automóviles privados para que utilizasen biometano y biogas (¿de sus propias cocinas y cuartos de baño?).

Esto realmente sí que es ahorro energético ecológico. Pero nadie ha hablado de olores en los autobuses...

Ver más en el Guardian