Organismos diminutos mitigando el calentamiento global

María Elizabeth Hernández Alarcón

El metano es un potente gas de efecto invernadero que de manera natural se produce en los humedales. Las bacterias oxidantes de metano también llamadas metanotróficas consumen al metano en las zonas aerobias poco profundas de los suelos, disminuyendo las emisiones a la atmosfera. Las plantas de humedales estimulan la actividad de las bacterias metanotróficas, ya que transfieren oxígeno al sedimento a través de sus raíces. La perturbación de los humedales afecta la vegetación y podría disminuir la actividad de las bacterias metanotróficas, aumentando las emisiones de metano, por lo que es importante conservar en buen estado a los humedales naturales.

El calentamiento global es causado por el incremento en la atmosfera de cuatro principales compuestos llamados gases de efecto invernadero GEIs, que son el bióxido de carbono CO2, el metano CH4, el óxido nitroso N2O y el vapor de agua. Los humedales son ecosistemas entre los ambientes acuáticos y terrestres que se caracterizan por tener suelo inundado la mayor parte del tiempo o el agua se encuentra cerca de la superficie del suelo, en estos sistemas crecen plantas adaptadas a vivir bajo condiciones de inundación. Dichas condiciones favorecen la acumulación de carbono en el suelo, lo cual es beneficioso para mitigar el calentamiento global. Sin embargo, las condiciones de inundación del suelo también favorecen la emisión de metano. Este gas es 20 veces más potente para calentar la tierra que el CO2, de allí que sus emisiones deben de ser controladas y cualquier esfuerzo para disminuir las emisiones de este gas de origen natural o antropogénico tienen una repercusión para disminuir el calentamiento global. Los humedales son una fuente natural importante de metano, llegando a contribuir hasta con el 40% de las emisiones naturales. El metano se produce en las capas profundas de los suelos de humedales por microorganismos llamados metanogénicos, que en su mayoría son arqueas que están activas en ausencia de oxígeno o anaerobiosis. Sin embrago, no todo el metano que se produce en los humedales es emitido a la atmosfera, pues gran parte del metano es oxidado por las bacterias aerobias oxidantes de metano, también llamadas bacterias metanotróficas. Estas bacterias son organismos diminutos que miden entre 1 y 5 micrómetros y que utilizan al metano como alimento y fuente de energía. Las bacterias metanotróficas se clasifican en 3 grupos. Las del tipo I y tipo X son de la clase Gammaproteobacteria y utilizan la vía de la ribulosa para asimilar el carbono. Mientras que las bacterias metanotróficas de tipo II son de la clase Alphaproteobacteria y utilizan la vía de la serina para la asimilación del carbono.

Entonces, ¿cómo es que estas bacterias pueden estar activas en los humedales si necesitan oxígeno para vivir? La respuesta está en los gradientes de oxido-reducción que ocurren en los suelos de humedales, donde la vegetación tiene un papel clave. Las plantas son fotosintéticas, utilizan la luz solar y el CO2 de la atmosfera para crear su propia energía a través de la clorofila. Sin embargo, sus raíces son heterótrofas, es decir necesitan respirar para obtener energía de los carbohidratos que de generaron en la fotosíntesis. Para poder respirar las raíces necesitan oxígeno. En los suelos terrestres hay oxígeno en los poros llenos de aire del suelo. Sin embargo, en los humedales, el agua desplaza a los poros de aire por lo que no hay oxígeno, por eso las plantas de humedales desarrollan el aerénquima que es un tejido esponjoso y tubular en sus partes aéreas, por donde el oxígeno se trasporta hacia las raíces para que puedan respirar.

Lo anterior ocasiona que en la zona del suelo cerca de las raíces, llamada rizosfera, se crea un ambiente aerobio en donde las bacterias metanotróficas pueden estar activas, oxidando el metano que se produce en las capas anaerobias más profundas del suelo, disminuyendo así las emisiones de este gas a la atmosfera. En nuestro país poco se conocía sobre la estructura de las comunidades de bacterias oxidantes de metano. Recientemente con fondos de un proyecto CONACYT, en el INECOL se ha estudiado la estructura y actividad de las bacterias metanotróficas en suelos de diferentes humedales costeros de la Mancha, Ver. Se encontró que los humedales herbáceos permanecen más tiempo inundados que las selvas inundables y los manglares, por lo que tuvieron mayores concentraciones de metano en el suelo y presentaron mayor abundancia y actividad de las bacterias metanotróficas.

Sin embargo, en cuanto a la estructura de la comunidad, se encontró que los humedales de agua dulce (humedales herbáceos y selvas inundables) presentaron comunidades similares, siendo los géneros tipo II los más abundantes, mientras que en los manglares salobres fueren los géneros del tipo I los más abundantes. En los humedales existe un equilibrio entre la producción y consumo de metano gracias a todos los componentes del ecosistema (suelo, plantas y microorganismos). La perturbación de los humedales puede romper este equilibrio y disminuir la actividad de las bacterias metanotróficas, aumentando las emisiones de metano. Por lo tanto, se debe de conservar a los humedales, ya que ellos pueden almacenar mucho carbono en el suelo y mantienen un equilibrio entre producción y consumo de metano gracias a la actividad de organismos diminutos que son las bacterias oxidantes de metano.

Pie de fotos

Foto 1. Vista al microscopio de las bacterias metanotróficas con un aumento de 100 veces. Autor; María Elizabeth Hernández Alarcón.

Foto 2. Vista en el laboratorio de una planta de humedal Sagitaria lancifolia, donde se muestra el transporte de oxígeno a la raíz en color azul. La solución transparente es azul de metileno reducida con ditionito de sodio, con la presencia de oxígeno se vuelve azul. Autor: María Elizabeth Hernández Alarcón.

Foto 3. Paisaje de tres humedales costeros. A la izquierda, un humedal herbáceo, a la derecha superior, una selva inundable y a la derecha inferior un manglar. Autor: María Elizabeth Hernández Alarcón

Foto 4. Estructura de las comunidades de bacterias metanotróficas en tres humedales costeros de la Mancha, Ver. Autor: María Elizabeth Hernández Alarcón.