más sobre los ciclos bio-geo-químicos

Pero pasemos de largo sobre la alargada (y desdibujada) sombra del Sr. Lee Chin Eng. Nos daremos de narices con otro personaje, esta vez más actual y más documentado: el Sr. Jaubert.

La comprensión de la ecología natural de los sistemas acuáticos nos ha llevado a entender las variables que intervienen en los ciclos bacterianos: la variedad de las propias bacterias, su distribución y densidad, sus necesidades metabólicas, etc.

Esta es la finalida última del sistema de fondo de grava popularizado (???) por Jean Jaubert: proveer a nuestro acuario de un necesario interfaz sedimento/agua que, como en la propia naturaleza, sirva de enclave apropiado para la actividad bacteriana asociada a los ciclos energéticos reales.

Las bacterias son variadas en sus funciones específicas. Una amplia batería de enzimas les permite funcionar como laboratorios miniaturizados que arman o desarman moléculas según unas necesidades concretas, utilizando o liberando energía en el proceso. Pero si nuestra intervención elimina o reduce la presencia de las sustancias que necesitan como sustrato, las bacterias pueden dejar de funcionar y desaparecer. Incluso otras bacterias, perjudiciales desde nuestra perspectiva, pueden aparecer y tomar el lugar de las que falten.

Hay dos clases básicas de organismos: los autótrofos, que son los que a partir de CO2, H2O y energía (solar) fabrican moléculas más complejas necesarias para vivir, y los heterótrofos, que son los que obtienen la energía vital de los productos fabricados por los organismos autótrofos. Esta energía la obtienen descomponiendo (oxidando) esas sustancias por medio del Oxígeno que hay en el ambiente (respiración aerobia). Como desperdicio obtendremos H2O y CO2, con lo cual se cierra el ciclo de la energía.

Pero tampoco es todo tan sencillo. Hay vegetales que utilizan sistemas autótrofos y heterótrofos a la vez. Y hay también organismos que utilizan la Quimiosíntesis como sistema energético. Quiere esto decir que son capaces de obtener energía de moléculas inorgánicas. Pensemos en bacterias capaces de oxidar el nitrito en nitrato, el SH2 en sulfato, etc.

Sea cual sea el camino que siga, toda célula viva se aprovisiona de la energía que necesita para sobrevivir por medio de una compleja cadena de reacciones químicas que se desarrollan lentamente, paso a paso, y que son controladas por enzimas altamente especializadas. El final del proceso es siempre, tal y como ya vimos, la producción de H2O, CO2 y energía.

Pero todo este proceso de degradación de las grandes moléculas no tiene que ser necesariamente realizado bajo forma de respiración aerobia (en presencia de Oxígeno). Muchos organismos pueden obtener su energía por fraccionamiento molecular en ausencia del Oxígeno. Es lo que llamamos respiración anaerobia, y se da generalmente entre organismos inferiores.

Y puestos a mantener el equilibrio natural de los ecosistemas marinos reales, no podemos olvidar de cara a nuestro acuario, la existencia de estos dos diferentes caminos.

Esta es la clave del sistema que, personalmente, llamo "fondo Jaubert" (llamado, traducción literal, de "cama de arena"). La idea en sí misma es sencilla, pero abarca una impresionante cadena de complejas relaciones. El quid de la cuestión está en las reacciones que suceden en el espacio bajo la capa de grava que Jaubert llamaba "Plenum". En todo momento, las bacterias ejercen de mediadores en el proceso.

Los desechos orgánicos que se producen en el mar se van depositando sobre el sustrato. En su capa más superficial se mantiene en continuo funcionamiento un elevado metabolismo microbiano aerobio que, al mismo tiempo que desarrolla su ciclo vital energético, cierra el paso a la excesiva penetración del Oxígeno a las capas más inferiores de dicho sustrato, favoreciendo la aparición de un ambiente cada vez más escaso de Oxígeno en el que se desarrollan otros ciclos bacterianos diferentes y a la vez complementarios de los superficiales. Los metabolitos difunden hacia las capas inferiores en donde las bacterias allí presentes los aprovechan para llevar a cabo sus particulares ciclos biológicos.

Se trata pues de, por medio del lecho de arena, intentar dotar a nuestro acuario de un sistema similar en el que la fina capa superficial del fondo ejerza de interfaz entre el agua del acuario y las capas más profundas de la grava. Allí, las condiciones evolucionan de la aerobiosis de la superficie a la anoxía de un par de cm por debajo. El metabolismo microbiano cambia también a medida que avanzamos hacia el fondo hasta llegar a la aislada capa de agua que yace en el "Plenum". La actividad se desarrolla vertical y horizontalmente y los ciclos de las bacterias facultativas se vuelven poco a poco anaerobias a medida que el pH baja y el Oxígeno empieza a escasear.

Hay que considerar también micro-detalles fundamentales como por ejemplo el hecho de que un aumento o disminución de la actividad de los microorganismos de las capas superiores del sedimento sobre las sustancias nitrogenadas modifica el entorno bioquímico. La actividad fotosintética y la producción de oxígeno aumenta a medida que aumenta la intensidad luminosa. Esto produce un aumento de las reacciones en capas un poco más profundas, pero eso implica a su vez un aumento en el consumo de oxígeno en estas capas al borde de la zona anóxica. Otros elementos se ven involucrados en estas reacciones además del Nitrógeno.

Toda esta actividad se multiplica con la presencia de plantas y animales que añaden su actividad a la que ya desarrollan las bacterias.
Los desechos acumulados en la superficie permiten ya la aparición de metabolismos aerobios facultativos que, por definición, pueden funcionar en entornos con mucho o con poco oxígeno. Los nitratos son arrastrados hacia el fondo de nuestro lecho de arena y se acumulan allí, generalmente, en cantidades muy superiores a las que se miden en el agua del acuario. En el "Plenum" se produce una lenta reducción de estos nitratos ya su tratamiento mejora con la presencia de ciclos bacterianos anóxicos.

Una capa de grava de entre 5 y 8 cm de altura sobre una superficie de agua aislada en el fondo del acuario multiplica enormemente las posibilidades de aparición de ciclos bacterianos alternativos multiplicando por lo tanto el potencial de filtración.

Estamos centrando el tema en el asunto del Nitrógeno, pero no perdamos de vista ni por un momento lo ya dicho de la multiplicidad de caminos y de la complejidad de las interrelaciones ecológicas entre los seres vivos y la materia.

Con el mismo derecho que el Nitrógeno a salir en prensa, nos encontramos, por ejemplo, con el Azufre.

Utilizando las mismas potenciales fuentes de energía, las bacterias reductoras de los Sulfatos producen Sulfuros que, por acción de otros tipos diferentes de bacterias pueden convertirse de nuevo en Sulfatos. Paradojas de la vida! Pero lo más importante de estas últimas bacterias es que, como todos los organismos heterótrofos aerobios, consumen el oxígeno presente en su entorno desplazando la interfaz aerobio/anóxico, lo cual permite que, al desaparecer el Oxígeno, las bacterias anaerobias puedan metabolizar sustancias que a su vez van a ser utilizadas por las bacteria aerobias. A su vez, para complicar aun más el asunto, dependiendo de la cantidad de Oxígeno presente, actuarán sobre el Sulfuro (SH2) unas u otras bacterias. Añadir otro detalle: muchas bacterias que intervienen en los ciclos de metabolización del Azufre son móviles, por lo tanto, pueden desplazarse según se desplace esta linea divisoria aerobio/anóxico y utilizar las sustancia que, en otras zonas, tengan a su disposición.

Consideremos por fin la complejidad de factores que controla la cantidad y el tipo de bacterias presentes en los sedimentos marinos: densidad de las propias poblaciones bacterianas, cantidad de superficie disponible para asentarse, elementos nutritivos y condiciones biológicas del entorno, etc

... y para rematar ... duplicando a "Madre Naturaleza" ?