Juan José Ibáñez
4 mayo 2007
Curso Avanzado de Bioquímica del Suelo, Diversidad, Complejidad y Fractales, Suelos y Cambio Climático
Casualmente estaba viendo la TV encendida cuando saltó la noticia, “un investigador español ha desarrollado un proceso de producción vegetal capaz de producir algas, cuya transformación generará biopetróleo para abastecer a todo el País, resolviendo su dependencia energética”.
La primera reacción fue quedarme callado (me sentí como el silencioso cordero del sistema informativo nacional que nunca puede preguntar o recibir una respuesta satisfactoria), pero que tampoco puede silenciar a las personas durante mucho tiempo. Recordé los post recientes sobre agroenergética, en la que hablaba de las formas de acumulación de energía. Y también reflexioné que si el proyecto es viable, ¿dónde irá a parar el futuro agro-energético de los agricultores?. Y lo sigo pensando…
Me atrajo la falta de justificaciones (como no está patentado -no tengo claro si se refería esta falta de claridad al proceso de producción de algas o al de su transformación en crudo de biopetróleo-), aunque se ha recalcado que “este biopetróleo no generará contaminación atmosférica por azufre”. Finalmente nos presentaron unos cálculos posibilísticos que solucionarán el déficit del preciado combustible al mundo mundial. Y en este punto sentí que una cosa es ser “el último de la cola informativa” y otra llamarme cordero “silencioso e imbécil” porque una cosa son los proyectos y otra las realidades económicas…
Mi responsabilidad como escritor me ha hecho reflexionar sobre la forma y el fondo del mensaje y evaluar qué se decía en otros foros, pues ya os he escrito algo sobre la necromasa de las algas y sobre el proceso de fotosíntesis (aunque ahora estemos ante bacterias fotosintéticas, y no es exactamente lo mismo).
Mi análisis de lo leído en muy distintos foros puedo resumirlo con dos palabras: pena y frustración (salvo ciertas excepciones) ante los comentarios vertidos. Solo voy a recoger aquellos que proceden de personas que da la impresión de conocer el tema.
Algunos foristas ya han sacado a la luz el descrédito (el profesor Gomis es un desconocido… y formulan serias dudas sobre la calidad ética y la localización real de la empresa que patrocina la investigación, un etc. despreciativo que solo se entiende en las sociedades con bajo índice cultural). Es una reacción muy de la sociedad española que menosprecia el conocimiento científico, (no así el poder, el dinero o la fama), pero sin aportar nada constructivo.
Pues vaya mi felicitación por delante, Dr. Gomis, por su trabajo en el Institut de Ecología del Litoral y en la Universidad de Alicante. Cristian Gomis Catalá es Profesor Asociado de Biología Celular del Departamento de Biotecnología, en el Área de Estadística e Investigación Operativa, y ese puesto le ha sido dado tras un concurso de méritos, al que no iba precisamente solo. Su selección ha sido debida a sus particulares condiciones de especialización y la necesidad que la Universidad de Alicante tiene de reunir a auténticos expertos, para mejor conocer el estado de contaminación del Mar Mediterráneo, ya muy deteriorado. No todos los profesores de universidad se atreven con un proyecto de este calado. Su experiencia como evaluador en las costas mediterráneas (en el Municipio de Campillo) es más que suficiente para manifestarle mi respeto. En cuanto a la empresa Bio Fuel System (BFS), también denostada, me gustaría saber cuántas avalan un proyecto de forma tan generosa pues, si es una chapuza, o el director del mismo no da garantías de gestión e innovación, no se lo dan. Perdonen, pero tengo sana envidia, por la magnitud económica de la ayuda a la investigación, que Vds. aportaron al Dr. Gomis.
Iniciar su evaluación, pasa por un análisis de las imágenes mostradas y de lo escrito. Se observan unos reactores verticales (puede que de 4 metros de altura) llenos de un líquido de color verde, (bacterias verdes -microalgas- con capacidad fotosintética), con una densidad celular muy elevada, que según leo, debe de alcanzar un óptimo de 157 millones de células/ml (esas bacterias fotosintéticas suelen tienen un tamaño entre 0,4 y 10 micras). La “fabricación” del estarter se realiza en un circuito cerrado y tan sólo se necesita recoger en el mar un ml de fitoplancton procedente del mar Mediterráneo (sin informar a que profundidad lo extraen y si es del agua o de los sedimentos). Dada su elevada velocidad de multiplicación, la densidad citada se alcanza en 8 a 10 días, considerándose listo para ser trasladado a un tanque de producción. El reactor es un circuito cerrado, aunque en la multiplicación celular se indica la necesidad de elevadas concentraciones de CO2. Incluso alguien indica que la fuente de CO2 “provendrá directamente de la chimenea de una planta de combustión térmica generadora de energía eléctrica.
El principio en el que se basa el desarrollo, en fase de planta piloto dicen que es sencillo: “combinación novedosa de 3 elementos más que conocidos: la energía solar, la fotosíntesis y el campo electromagnético”. La base de la producción de este biopetróleo está en la capacidad de estas algas para acumular parte de la energía lumínica en forma de componentes lipídicos, como son los ácidos grasos de cadena larga (hasta un 20% de su peso supone otra persona sin datos constatables afirmando que la eficiencia energética del estas algas es del 29,3%).
Como hay quien se acelera en estas cosas, afirmando que los estudios de cultivo de las algas “se intentaron” más de una vez, en la crisis del 73 y en la del 80 y que los intentos de desarrollo de procesos para extraer petróleo a partir de «esquistos bituminosos» y las «arenas bituminosas ricas en alquitranes” (ya tiene su traducción) le aporto los conocimiento vertidos en el blog “el Foro de la Ciencia” donde otra persona (ciertamente conocedora directa del tema) indica (y trascribo):
“el petróleo procede de la descomposición térmica de rocas formadas en ambientes marinos o lacustres enriquecidas en algas microscópicas fósiles. Algunas especies de algas fósiles, que participan o han participado en la formación del petróleo, están extintas (como es el caso de las Pyla y las Renschia) mientras que hay otras que todavía pueden encontrarse en los mares y lagos (caso de las Tasmanaceas, Botryococcus). Si la roca contiene un porcentaje de algas del 70-90 % nos encontramos ante un carbón sapropélico, que destilado puede dar unos 400 litros de aceite por tonelada, pero si solo alcanza un 5-10 % de algas, estamos ante las pizarras bituminosas que puede rendir hasta 120 litros por tonelada. Las bolsas de petróleo, se forman naturalmente, por la acumulación de los flujos, derivados de la presión. Si en la roca no hay algas, no se libera petróleo.
Y añade, hasta el año 1966, en España (Puertollano) se obtuvo de estas rocas (por calentamiento) y en otros lugares se sigue consiguiendo (en Fushun – China- y en Tallin –Estonia-). Y acaba afirmando que, las reservas mundiales de pizarras bituminosas rondan los 500.000 millones de toneladas con una producción mínima de 40 litros tonelada.”
Sin embargo, el tema del cultivo de algas, no es algo novedoso la investigación para desarrollar el cultivo de este tipo de algas, para la producción de biodiesel. El programa norteamericano “Aquatic Species Program Rechearch” (si desean tener más información pinchen here) indica que algunas algas cianofíceas, seleccionadas entre los primeros sistemas biológicos portadores de capacidad fotosintética, son capaces de rendir hasta el 80% de su peso en lípidos, lo que me permite afirmar que la tasa límite de generación de lípidos leída en diferentes blogs (21%) parece escasa. Veamos.
Según nos resume Becker, (1994) la Euglena grácilis (14-20% de su peso seco), Prymnesium parvum (22-38%) Chlorella vulgaris (14-22%) Chlamydomonas rheinhardii (21%) Scenedesmus dimorphus (16-40). La Dunaliella tertiolecta produce el 37% de aceites líquidos, destacando por su rápido crecimiento y un consecuente alto consumo de CO2. Finalmente la estrella parece ser el Botryococcus braunii capaz de producir largas cadenas de hidrocarburos (hasta el 86% de su peso seco) y es única por la calidad y cantidad de los hidrocarburos líquidos que produce.
Pero dada la información vertida en el reciente video de Bio Fuel System, en la que indica la formación de derivados silíceos de la ¿celulosa?, debo de incluir, de entre las diatomeas, a la Bacilliarophy dado que precisa de silicio para crecer y debe de estar entre los componentes de la solución nutritiva. Sin embargo también diré que mientras el resto de las microalgas mencionadas son euritermas, estas diatomeas son estenotermas, lo cual puede un problema menor, dada la climatología de Alicante. Finalmente diferentes expertos afirman que la iluminación nocturna de las balsas de crecimiento, estimula la velocidad de multiplicación extraordinariamente.
Como hablamos de fitoplancton, diré que este está conformado por organismos unicelulares que tienen un ritmo de crecimiento/reproducción en condiciones favorables mucho más alto, y su desarrollo en el mar se conforma en modo columnar, por especies muy distintas.
Para los inquietos por el equilibrio del CO2, el mismo interlocutor del “Foro de la Ciencia” dice, no sin razón:
“El cultivo de algas no es que sea un camino fácil, pero es prometedor. Las algas consumen CO2 y producen O2 (cuando las quememos consumiremos oxígeno y produciremos CO2 pero no he calculado si más o menos) pero de todas formas el impacto será menor que si quemando otras cosas”.
Y yo añado, eso dependerá de qué hacemos con la masa residual que genere el proceso de fraccionamiento, y del proceso de formación de biopetróleo, pues aplicaciones se me ocurren a decenas, a mí y a cualquier persona que piense un poco en el tema. Todo ese carbono orgánico puede no retornar a la atmósfera de forma rápida, sino lenta o muy lenta.
Por ejemplo si se granulan la fracción de carbohidratos y se aporta al suelo, pues podría fomentar desarrollos biológicos y estructuras agregacionales, además de incrementar la capacidad de retención de agua (que buena falta hace en los suelos de Alicante… y de Burgos). De esta manera se podría llegar a paliar parte del cambio climático, pues con agua y una buena estructura agregacional se conseguiría reducir la elevación de la temperatura troposférica en 1 o 2 ºC durante la época veraniega, hecho que incrementaría el contenido del espot publicitario.
A los estudiantes de Bioquímica, les diré que la primera fase de la biosíntesis de los ácidos grasos parece estar catalizada por la “acetyl-CoA carboxilasa” (ACCasa), una biotín enzima de la que ya hemos hablado en el post de síntesis de sustancias liquénicas (capacidad metabólica transferida del fotobionte al micobionte). Este enzima también controla el proceso de acumulación de lípidos en el alga. Los ácidos grasos que se acumulan son el araquidónico, eicospentaenoico, dodecaesahexaenoic, g-linolénico y linoléico, todos ellos de interés en el subsiguiente proceso de producción de biopetróleo (a que les recuerdan los ácidos que sintetizan los líquenes).
Otros afirman, también sin suficiente información, que la solución al problema energético ya está resuelto, e incluso hacen planes para poner a producir a estas algas en medio país. (Es el lado optimista que crea polémica sin saber sobre qué bases se opera). Sin embargo he de recalcar que dentro de esta noticia, se encierran dos proyectos bien distintos: Uno el de producir la fuente de petróleo (el cultivo de algas) y otro, el de transformar una parte de su necromasa en un crudo de petróleo, proceso alejado de nuestro fin formativo, pero del que nada se dice y yo no tengo formación suficiente para hablar.
Pero como la producción de algas me interesa, y mucho, para mi tierra, pues se puede convertir en un abono especial para producciones que demanden silicio (como el trigo), voy a hacer una serie de post con el ánimo de conocer un poco más la fotosíntesis bacteriana y de paso enseñar a cultivar algas a quien quiera someterse a esta prueba… Como los primero es lo primero, un poco de historia de la fotosíntesis.
La fotosíntesis es un proyecto evolutivo de 3.500 millones de años, en el que las piezas se han ido conformando y probando en el proceso de muy distintas maneras y momentos de la evolución, y con muy distintos rendimientos. Si desgranamos la fotosíntesis tenemos un sistema de captura de radiación conformada por pigmentos. Las moléculas antecesoras de las clorofilas a, b, c o d fueron las bacterioclorofilas, que no solo tuvieron que crearse en periodos prácticamente prebióticos, sino organizarse estructuralmente y ubicarse sobre estructuras de apoyo, (las membranas de bacterias quimiolitotrofas y quimioorganotrofas) hasta alcanzar configuraciones funcionales muy variadas. Si tenemos en cuenta que la aparición de la fotosíntesis data de 3.500 millones de años y las cianobacterias desde solo 2.700 millones de años, parece que hubo un periodo de tiempo suficiente para el asentamiento de este nuevo sistema pues la fotosíntesis oxigénica (generadora de O2 y metabolismo oxidativo) solo se data 700-800 millones de años después, tiempo suficiente para estabilizar y hacer eficaz la endosimbiosis. Y nosotros tan contentos cuando llegamos a los 100… años.
Así, hace 3.800 – 2.700 millones de años, la fotosíntesis bacteriana, da sus primeros pasos.
El “medio ambiente” era distinto: Durante los primeros 1.500 millones de existencia abiótica de la Tierra, los gases de la tierra son el H2, CH4, SH2, NH3 y el H2O (vapor) junto al único oxidado, el CO2, el cual procedía de emanaciones volcánicas en concentraciones muy elevadas. Pero una cosa es que estuvieran reducidos y otra muy distinta es que en un ambiente como el descrito, al que hay que añadir un elevado nivel energético disponible, los componentes del medio líquido y los componentes sólidos y en solución de la Tierra no tuvieran capacidad de reacción. En esta época, en la que, según Tian y cols. (2005) predominaba el H2 (40%) pero también estaba presente el HCN y la presencia de CO2, subía aceleradamente, hasta alcanzar una presión parcial de 9 kPa, el agua era hiperterma, hiperácida (que nos recuerdan al Río Tinto) y rico en fosfinas, y como no en metales que hoy llamados contaminantes, que por la acidez del medio, se encontraban en estado soluble. Con todo, este escenario era el ideal para desarrollarse la proto-vida.
Esta reactividad permitió experimentar, generar y acumular multitud de compuestos orgánicos, desde monosacáridos y aminoácidos hasta bases nucléicas, nucleósidos, nucleótidos, porfirinas y volutina, junto a los primeros polímeros, como glicoproteinas y los oligonucleótidos y un amplio espectro molecular, en aguas con un nivel energético muy importantes y una agitación constante.
Es bueno recordar como muchos de estos elementos “contaminantes” hoy conforman componentes biológicos de gran importancia como la Nitrogenasa (fijadora de N2 atmósférico), las selenito-proteinas o los cluster de los sistemas de transferencia electrónica, la Rubisco (captadora de CO2), las biotin enzimas o el sistema por el que hemos iniciado este post rica en Mn, por no hablar de las porfirinas entre las que destacamos las clorofilas o la vitamina B12.
Respecto a la aparición de las bacterias con capacidad fotosintética (posteriores a aquellos capaces únicamente de quimiosintetizar), se han identificado 36 líneas bacterianas de Eubacterias, de las que solo 5 son capaces de utilizar los sistemas clorofílicos de conversión para un potencial reductor y energético que dirijan la síntesis de ATP y la reducción del CO2 hasta azúcares.
Pero para no cansarles, voy a proponerles un experimento, que Vds pueden hacer en su casa. Si lo consiguen, ya empiezan a manejar a algunos de los grupos de bacterias y con suerte hasta los podrán distinguir. No digo que lleguen a alcanzar el nivel de un Biólogo Molecular, pero todo se andará.
El experimento llamado la “columna de Winogradsky” (buen amigo de Dokukaev), para mostrar la interdependencia entre bacterias con distintas necesidades metabólicas y catabólitos “complementarios”. El experimento es sencillo de diseñar:
Elija una columna cilíndrica amplia y graduada. Llénela con sedimento de una laguna, un estuario o un fondo marino que tenga a mano. Deje que se asiente durante 1 o 2 meses. A las pocas semanas se podrá distinguir la aparición de tres capas distintas y claramente diferenciadas:
Agua aeróbica; ocupada por los organismos eróbicos: Cianobacterias
Agua anaeróbica; ocupada por los organismos anaeróbicos
Sedimento anaeróbico; ocupada por los organismos anaeróbicos
Este ejercicio lo propone el Dr. Jim Deacon en su demonstration site de Biología Molecular en la Universidad de Edimburgo.
Saludos cordiales, y buena suerte con la experiencia
Salvador González Carcedo
https://www.madrimasd.org/blogs/universo/2007/05/04/64958
5/04/2024
