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Misteriosos héroes submarinos: ¿Cómo las bacterias desnitrificantes se convierten en la némesis del metano?
En la naturaleza, existe un microorganismo poco conocido que silenciosamente está aportando un gran poder a nuestro medio ambiente. Estos pequeños organismos, llamados bacterias desnitrificantes, no sólo participan en el ciclo del nitrógeno sino que también desempeñan un papel clave en la reducción de las emisiones del gas de efecto invernadero metano. Este grupo de bacterias extremadamente diverso desde el punto de vista biológico puede sobrevivir y reproducirse en diferentes entornos ecológicos. A menudo se pasa por alto, pero desempeña un papel importante en el ecosistema.
Las bacterias desnitrificantes incluyen muchos filos diferentes, con más de cincuenta especies conocidas, y se estima que representan entre el 10% y el 15% del número total de bacterias en el agua, el suelo y los sedimentos.
Estas bacterias utilizan compuestos de óxido de nitrógeno como nitrato y nitrito como aceptores terminales de electrones para completar el proceso de desnitrificación en un ambiente anóxico. La vía metabólica de las bacterias desnitrificantes se basa principalmente en la acción sinérgica de múltiples enzimas, incluidas la nitrato reductasa, la nitrito reductasa, la óxido de nitrógeno reductasa y el gas de la risa reductasa, para convertir los óxidos de nitrógeno en nitrógeno o gas de la risa. Este proceso es crucial para mantener el equilibrio ecológico porque libera el exceso de nitrógeno a la atmósfera en forma de gas, reduciendo así los niveles de nitrógeno en el suelo y el agua.
Diversidad de bacterias desnitrificantes
Las características biológicas de las bacterias desnitrificantes son diversas y muchas especies bacterianas diferentes realizan la desnitrificación. Su adaptabilidad les permite sobrevivir en ambientes extremos, como hábitats con alto contenido de sal y altas temperaturas. Esto permite que las bacterias desnitrificantes sobrevivan con éxito en varios ecosistemas y cambien de manera flexible sus rutas metabólicas en ambientes aeróbicos y anóxicos.
"La adaptabilidad de las bacterias desnitrificantes las convierte en actores clave en los ecosistemas ambientales."
Mecanismo de desnitrificación
Las bacterias desnitrificantes generan ATP a través del proceso de desnitrificación y convierten los óxidos de nitrógeno en gas nitrógeno. La media reacción que representa este proceso termodinámico se puede expresar como: 2 NO3− + 10 e− + 12 H+ → N2 + 6 H2O, que expresa cómo dos moléculas de nitrato se convierten en una molécula de nitrógeno y agua de seis moléculas. Cada etapa de este proceso requiere enzimas específicas para ayudar en las reacciones químicas. El proceso de conversión de nitrato a nitrógeno se puede dividir en varios pasos.
La relación entre la oxidación del metano y la desnitrificación
Acoplamiento de oxidación anaeróbica de metano y desnitrificación
La oxidación de metano junto con la desnitrificación en ambientes anaeróbicos se descubrió por primera vez en 2008. Este proceso está respaldado por bacterias especializadas que pueden oxidar metano de forma independiente en un ambiente con deficiencia de oxígeno. Este mecanismo utiliza el exceso de electrones liberados durante la oxidación del metano para reducir el nitrato, reduciendo así eficazmente el nitrógeno y el metano fijados en el cuerpo de agua.
"La desnitrificación anaeróbica puede contribuir significativamente a los actuales ciclos globales de metano y nitrógeno. La eliminación efectiva del gas de efecto invernadero metano es fundamental para el medio ambiente".
Las bacterias desnitrificantes sirven como tanque de sedimentación del metano
En ambientes de aguas profundas, las bacterias desnitrificantes han demostrado su importancia en la oxidación del metano. El metano es uno de los principales gases de efecto invernadero, con un potencial de calentamiento global 25 veces mayor que el del dióxido de carbono. Los estudios realizados en el lago de Constanza, en Europa, han demostrado que la combinación de la oxidación anaeróbica del metano y la desnitrificación es un mecanismo dominante de precipitación de metano.
El impacto de las bacterias desnitrificantes en el medio ambiente
Efectos de la desnitrificación sobre la productividad de las plantas
Aunque el proceso de desnitrificación ayuda a reducir la contaminación por nitrógeno en los cuerpos de agua, puede reducir la fertilidad del suelo. Esto se debe a que la desnitrificación puede empeorar las condiciones del suelo que limitan el crecimiento de las plantas debido a la deficiencia de nitrógeno, un factor que quizás deba restaurarse en el futuro mediante la introducción de nutrientes adicionales.
Aplicación de bacterias desnitrificantes en el tratamiento de aguas residuales
Las bacterias desnitrificadoras son las más importantes para el tratamiento de aguas residuales. Estas bacterias pueden convertir compuestos de nitrógeno dañinos y purificar el agua cuando se tratan aguas residuales que contienen grandes cantidades de nitrógeno. Al cooperar con otros microorganismos que ciclan el nitrógeno, las bacterias desnitrificantes pueden lograr una eliminación eficiente del nitrógeno.
A medida que mi país otorga cada vez más importancia a la protección del medio ambiente, el papel de las bacterias desnitrificantes en la gestión del medio ambiente ecológico y la respuesta al cambio climático será aún más importante. Lo que vale la pena pensar es, en el futuro desarrollo de la ciencia y la tecnología, ¿cómo podemos utilizar aún más a estos héroes submarinos para enfrentar el desafío del cambio climático global?
