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Las bacterias: un universo paralelo

Descontaminan, fertilizan, nos dan la clave del origen de la vida

Estos microorganismos estuvieron solos en el planeta durante 2.500 millones de años y en ese tiempo aprendieron a sobrevivir a las condiciones cambiantes de la Tierra. Metal o piedra son el alimento de algunos de estos microorganismos y son capaces de respirar cualquier gas. Muchas bacterias soportan la radiactividad; en el hipotético caso de una guerra nuclear que acabara con toda señal de vida, ellas serían las únicas supervivientes y aprenderían a vivir en las condiciones en que quedase el planeta.

bacterias

Su facilidad de adaptación las ha llevado al espacio. Se está experimentando la posibilidad de desarrollo de determinados tipos de bacterias en planetas que presentan unas características similares a las de la Tierra antes de la aparición de la vida. Y ya en el ámbito más cercano a nosotros, el cuerpo humano tiene diez veces más bacterias que células.

Vistas estas especiales características de las bacterias, no es extraño que desde hace años sean objeto de investigación en todo el mundo y que su aplicación abarque campos tan diversos como la creación de tierras de cultivo; la degradación de elementos contaminantes inorgánicos, entre los que figuran derivados del petróleo y pesticidas, e incluso la fabricación de alimentos.

Además, la existencia de algunos microorganismos que mantienen las características de lo que se supone fue la primera forma de vida en la Tierra, hace posible conocer a través de ellos cómo fue el origen de los primeros microorganismos, cómo era nuestro planeta en ese momento y saber más detalles acerca de la evolución.

Fertilizantes y creadoras de alimentos.

Las bacterias han sido desde siempre el primer fertilizante natural. Técnicas agrícolas como el barbecho o el sembrado mixto se han empleado desde los comienzos de la agricultura, aun sin saber exactamente por qué estos procedimientos enriquecían la tierra. La explicación es que algunas plantas, en unos casos, o la hojarasca, en otros, son el hábitat de unas bacterias que tienen la capacidad de retener el nitrógeno del aire, transformarlo en amoniaco y, de esta manera, enriquecer el cultivo con este abonado.

Se denomina diazotrofía a esta cualidad de las bacterias y se utiliza para incrementar el potencial agrícola, principalmente en países pobres; para recuperar suelos y hacerlos cultiva-bles, y en repoblación forestal. Según Francisco Bermúdez de Castro, catedrático de Ecología de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Complutense, la ventaja del uso de este pro-cedimiento es doble.

Por una parte, las tierras así fertilizadas ofrecen una cosecha mayor y, por otra, el empleo de este tipo de abono evita los efectos contaminantes de los fertilizantes químicos.

Aunque las bacterias que retienen o fijan el nitrógeno no pueden suministrar toda la cantidad necesaria para que un cultivo consiga los máximos de producción, en algunos países casi lo han conseguido, como es el caso de Australia, donde más del 99 por 100 del nitrógeno empleado en la producción vegetal proviene de la fijación biológica; en Estados Unidos, el 66 por 100; en la India, el 59 por 100, y en Reino Unido, el 40 por 100. En todo el mundo, el 66,3 por 100 del nitrógeno fijado se obtiene por este medio.

La fertilización de arrozales constituye la aplicación práctica más importante de este proceso. Un grupo de bacterias, las cianoficeas diazotróficas, son las responsables de que las plantas germinen y crezcan más rápidamente, aumente la cantidad de grano y su contenido proteico sea mayor.

Las bacterias fijadoras de nitrógeno aparecen normalmente en el suelo. Otras se desarrollan en los nódulos de las raíces de algunas plantas, como ocurre por ejemplo con las leguminosas, que es el caso más estudiado, y algunos árboles.

La simbiosis con estas bacterias, unida a la gran adaptabilidad de estos árboles a prácticamente todos los climas, facilita su uso en repoblación de zonas degradadas, en colonización de áreas desérticas y para enriquecer tierras que no son de cultivo. Un ejemplo es el árbol denominado casuarina, utilizado en parques como árbol ornamental.

En China se ha reproducido la gran muralla con esta especie de árboles con el fin de que las bacterias de sus nódulos hagan su función de enriquecer la tierra con el nitrógeno que fijan y, en un plazo de unos cincuenta años, conseguir, una vez talados estos árboles, una tierra cultivable de extensión similar a la de la gran muralla.

Este mismo proceso lo llevan realizando desde hace siglos los papúes de Nueva Zelanda. Una vez que la casuarina es talada, queman la hojarasca y voltean la tierra, logrando zonas cultivables.

En cuanto a las leguminosas, es muy frecuente sembrarlas junto a cereales, ya que éstos se benefician del abono nitrogenado que aquéllas dejan en el suelo. Bien controladas, pueden dejar más de 200 kilos de nitrógeno por hectárea al año.

Otra forma de abono natural por medio de bacterias es el proceso de descomposición. La mayor entrada de nitrógeno al suelo lo aporta la hojarasca, que al caer es descompuesta por las bacterias y fertilizan la tierra. Es lo que ocurre en las selvas vírgenes, tierras generalmente infértiles cuya riqueza viene de la descomposición de las toneladas de hojas que caen de los árboles.

La selva del Amazonas, por ejemplo, ha servido de experimento para comprobar que esto es así. Se cortaron gran parte de los árboles con la intención de sembrar después confiando en la supuesta riqueza de estas tierras que, sin la hojarasca y su posterior proceso de descomposición, resulta ser una tierra totalmente infértil.

Se encuentra en proceso de investigación la capacidad de las bacterias de crear alimentos. Se está cultivando un determinado tipo de bacterias, ricas en producción de proteínas sobre de-rivados de petróleo. A partir de estos cultivos se fabrica una sustancia apta para el consumo humano, con unos costes de producción muy bajos. De momento este proyecto no ha pasado su fase experimental.

Biotratamientos.

La degradación de elementos orgánicos por descomposición es una de las funciones habituales de las bacterias. Ellas son las encargadas de reciclar todos los desechos orgánicos que contaminan un ecosistema y mantener así el equilibrio biológico natural. También son capaces algunas de ellas de biotransformar o remineralizar ciertos elementos inorgánicos, siempre hasta una dosis determinada.

El problema surge cuando los elementos contaminantes exceden la capacidad degradadora natural de estos microorganismos. En este caso, se ha intentado "ayudar" a la naturaleza mediante procedimientos tales como el uso de descontaminantes químicos, como es el caso de detergentes, que, una vez realizada su función, suelen dejar como secuelas otro tipo de contaminación.

En la actualidad se está investigando, y en algunos casos ya se ha llevado a la práctica, el uso de las capacidades detoxificadoras de las bacterias para limpiar zonas contaminadas: son los llamados tratamientos biológicos ó biotratamientos.

El proceso consiste en crear un nicho biológico adecuado al que se añaden fosfatos, nitratos y, en su caso, otros nutrientes, para que las bacterias encuentren un hábitat ideal donde desarrollarse. Este hábitat sería la zona contaminada y las bacterias se encargarían de alimentarse de estas sustancias nocivas hasta su completa eliminación. Cuando ya se ha llegado a este punto, las bacterias mueren, al desaparecer su fuente de alimento, o bien se aletargan a la espera de encontrar otra situación especial que les permita seguir viviendo.

Estados Unidos, a través de empresas privadas, es hasta el momento el único país del mundo que ha llevado a la práctica esta técnica, con resultados positivos. La primera vez que se empleó a gran escala fue durante las tareas de limpieza de la marea negra que provocó el petrolero Exxon Valdez en el año 1989 en las costas de Alaska.

En España, el Estudio de los tratamientos biológicos de los residuos tóxicos es un tema prioritario dentro del Plan Nacional de Investigación, en concreto el punto sobre biodegradación de sustancias tóxicas en residuos industriales. La degradación biológica de hidrocarburos y pesticidas está siendo ob-jeto de estudio por varios equipos científicos. Además, algunas empresas privadas cuentan con sus propios laboratorios que están tratando este asunto.

En lo que hasta el momento no han dado resultados satisfactorios los ensayos con bacterias ha sido en la degradación de otro agente contaminante muy frecuente: el plástico. La tendencia actual es crear otro tipo de plástico fácil de despolimerizar, es decir, de transfor-marse en una especie de polvillo de reciclado más fácil, y en ello está también trabajando otro grupo de investigadores españoles.

Víctor de Lorenzo, investigador de uno de los laboratorios que estudian la biodegradación en Madrid, afirma que el uso de bacterias como agentes detoxificadores no provoca ninguna situación de peligro, el riesgo es mínimo comparado con el que representa el vertido de residuos en sí mismo.

El único inconveniente que señala, frente al uso de detergentes químicos, es su lentitud. Para llegar a un resultado óptimo, es necesario que transcurran meses o incluso años, pero el proceso es mucho menos agresivo.

Las principales bacterias degradantes son un grupo llamado pseudomonas. Son las que más capacidades biodegradativas tienen y las más propensas a ser mejoradas genéticamente. Crecen en ambientes contaminados y son capaces de utilizar hidrocarburos y otros tipos de moléculas orgánicas como fuentes de carbono.

Estas bacterias son microorganismos natu-rales. También podrían utilizarse bacterias recombinantes, esto es, manipuladas genéticamente, pero de momento sólo se trabaja con ellas en laboratorio, ya que la legislación vigente no permite su aplicación.

Las bacterias pueden degradar totalmente muchos tipos de elementos tóxicos, principalmente productos derivados del petróleo, compuestos de carbón y pesticidas, entre otros. Existen contaminantes que sólo pueden ser degradados parcialmente y algunos cuyo tratamiento biológico es imposible. Pero incluso en este último caso, las bacterias son de gran ayuda, ya que facilitan la concentración de los residuos y su estabilización para poder ser almacenados sin peligro.

Está previsto comenzar las investigaciones sobre degradación de hidrocarburos lienales y aromáticos a nivel molecular. Los estudios científicos españoles en este campo se realizan en colaboración con laboratorios europeos, y en algunos casos cuentan con presupuesto de la Comunidad.

El origen de la vida.

Hasta la aparición de los primeros organismos, hace mil millones de años, los únicos habitantes del planeta eran estos microorganismos que denominamos bacterias. En aquel tiempo, la Tierra presenta unas características completamente diferentes a las actuales. No había oxígeno y la actividad volcánica era constante.

En estas condiciones, las únicas señales de vida las constituían unas bacterias metabolizadoras del azufre. Con los cambios posteriores, enfriamento de la Tierra, aparición del oxígeno, las bacterias tuvieron que irse adaptando, a través de diversas mutaciones, a los nuevos hábitats, o bien se retiraron a otros lugares en los que se mantenían unas condiciones similares a las primitivas.

Es lo que ocurre en lugares como el sur de Italia, Islandia o Japón, focos de actividad volcánica frecuente, donde se encuentra la bacteria más relacionada con el ancestro universal, la termococos. Sus características de crecimiento son las mismas que las de la bacteria primitiva, responden per-fectamente a las ideas establecidas de cómo eran las características químicas y físicas de la tierra cuando apareció la vida. Es heterótrofa y termofílica, o lo que es lo mismo, se alimenta de gas y surge en climas con temperaturas comprendidas entre los 70 y los 95 grados centígrados, es anaerobia y respira azufre.

En España existe un lugar concreto en el que se reproducen las condiciones extremas que han permitido el mantenimiento de microorganismos muy similares a los primeros colonizadores de nuestro planeta. Se trata de la Salada de Chiprana, una laguna localizada a cinco kilómetros de la localidad zaragozana del mismo nombre. En sus aguas habitan dos tipos de comunidades fotosintéticas.

La primera de ellas vive en las aguas profundas, donde debido a un fenómeno de estratificación no hay oxígeno y se acumulan grandes cantidades de gas sulfhídrico disuelto. Este gas, muy abundante en las emisiones volcánicas, normalmente impide el crecimiento de seres vivos.

Sin embargo, en la laguna de Chiprana viven las bacterias fotosintéticas del azufre, capaces de captar la mínima cantidad de luz que les llega, que se alimentan del gas sulfhídrico y lo transforman en azufre y, a veces, en sulfato, que es rápidamente producido y consumido por otros tipos de bacterias.

Las condiciones medioambientales de estas capas de agua carentes de oxígeno son muy similares a las condiciones primitivas de la Tierra, y las comunidades fotosintéticas que allí se desarrollan son descendientes directas de los primeros tipos de bacterias que poblaron la tierra. La otra comunidad, conocida con el nombre de tapetes microbianos, se fija en el fondo de la laguna hasta profundidades de 1,5 metros, y su estructura es muy parecida a la de las comunidades microbianas ancestrales.

Están formados por millones de seres vivos que se entrelazan y dan lugar a una estructura compacta en la que distintos tipos fisiológicos y biológicos cumplen una función específica dentro del funcionamiento global de la comunidad.

El estudio de estos tapetes, llamados así porque su forma recuerda mucho la de un tapiz o una alfombra, ha ayudado a conocer cómo fueron los microorganismos más antiguos y cómo han ido evolucionando. Están dando información sobre el intercambio genético o interacciones, que son la base de las nuevas ideas sobre la evolución.

Estos dos tipos de comunidades microbianas aparecen en otros ambientes acuáticos españoles y están siendo estudiados desde la década de los setenta por distintos grupos de investigadores. Es el caso de lagunas costeras como la de Santa Pola, en Valencia, o lagunas de interior, como algunas de Cuenca, donde viven bacterias fotosintéticas del azufre. En lagunas hipersalinas de interior localizadas en Aragón, La Mancha y Andalucía, así como en el delta del Ebro se han encontrado tapetes microbianos.

Sin embargo, la Salada de Chiprana es la única laguna hipersalina de interior de toda Europa occidental en la que viven los dos tipos de comunidades. Fuera del continente se reproduce este fenómeno en el Solar Lake, de Israel; en Baja California; México, y en la Bahía del Tiburón, en Australia.

Las características únicas de la laguna se deben en gran parte a las condiciones especiales que presenta. Una de ellas es su profundidad, cercana a los cinco metros, que impide que se seque en ninguna época del año y facilita la estratificación. Otro rasgo importante es la salinidad de sus aguas, dos veces mayor que la del mar. Todo ello la hace ser un ecosistema único en Europa.

La existencia de regadíos en sus alrededores está suponiendo un grave riesgo de dulcificación de las aguas, según afirma Mª Carmen Guerrero, profesora titular del departamento de Ecología de la Universidad Autónoma de Madrid, que pertenece a uno de los equipos de investigadores que está estudiando los microorganismos que habitan la laguna. Las aguas procedentes de los regadíos cercanos se están vertiendo en ella, con lo que puede bajar su nivel de salinidad, una de las peculiaridades que hacen posible la existencia de los tapetes microbianos y de las bacterias fotosintéticas del azufre.

Por el momento, ya se están provo-cando cambios en la composición y consistencia de los tapetes y en las comunidades de bacterias, está desapareciendo un tipo de hábitat que puede dar información sobre cómo eran las condiciones de vida hace millones de años.

Se está intentando construir una acequia que desvíe las aguas sobrantes de los regadíos hacia un canal para impedir la desaparición to-tal de esos microorganismos que, por sus características, se nos presentan como auténticos museos vivientes que nos permiten conocer de dónde venimos.