Es bien sabido que, durante el proceso de respiración, los animales —el ser humano incluido— obtienen oxígeno del ambiente y, a cambio, expulsan dióxido de carbono. Sabemos también que las plantas, en cambio, obtienen dióxido de carbono de la atmósfera y, mediante el proceso de fotosíntesis, capturan carbono y expulsan oxígeno. Parecería lógico entonces concluir que el oxígeno que respiramos ha sido producido por las plantas. Tanto es así, que las encuestas de la Fundación Española de Ciencia y Tecnología, sobre percepción social de la ciencia, cuando se trata de evaluar la cultura científica de la población, plantean el siguiente enunciado, para que sea respondido como verdadero o falso: El oxígeno que respiramos proviene de las plantas. La mayoría responde que el enunciado es verdadero, y el organismo da esa respuesta como correcta.
Pero en realidad, si echamos cuentas, de todo el oxígeno que respiramos, la parte proporcional generada por las plantas es ínfima. La mayor parte tiene un origen diferente.
Los árboles no son tan productivos
Las plantas que todos conocemos son organismos fotosintéticos, que producen oxígeno a cambio de retener carbono, siempre que haya luz solar y tengan abiertos sus estomas. Los estomas son una especie de válvulas microscópicas en las hojas, que permiten el intercambio de gases entre la planta y la atmósfera. De las plantas, las más valoradas son los árboles, tal vez porque se asume que cuanto más grande, más eficaz será. Y sin embargo, los árboles no son tan productivos en su tarea como se cree.
En las plantas existe una relación entre la superficie fotosintética y la biomasa, y cuanto mayor es esa relación, mayor es la eficiencia de la producción de oxígeno.
Los árboles son muy buenos reteniendo carbono: lo capturan de la atmósfera y lo almacenan en sus tejidos durante décadas e incluso siglos; mientras que las hierbas, con una vida tan efímera, liberan pronto ese carbono al suelo. Además, la madera tarda mucho en degradarse, incluso un árbol muerto sigue reteniendo el carbono de sus tejidos durante mucho tiempo. Pero cuando se trata de producir oxígeno, hay muchas otras plantas que sacan la delantera.
Gran parte de la masa de un árbol está compuesta por raíces, tronco, ramas y corteza, partes del árbol que no tienen clorofila, y que por lo tanto, no realizan la fotosíntesis. Es más, muchos de esos tejidos están vivos y respiran, lo que consume oxígeno. La fotosíntesis se reduce a las hojas, y con el resto de tejidos respirando, el balance final de producción de oxígeno es bajo. Comparativamente, en términos fotosintéticos, son mucho más eficientes las plantas herbáceas, cuyos tallos verdes también fotosintetizan.
Por supuesto, una brizna hierba produce menos oxígeno que un árbol, pero si se compara equilibrando la biomasa, cien toneladas de plantas herbáceas producen mucho más oxígeno que cien toneladas de árboles. De hecho, si se observa un bosque en todo su conjunto, el paisaje, dominado por árboles, arbustos y herbáceas, contiene también cierta cantidad de animales y microorganismos que pueblan su interior y su suelo. Todos esos organismos que respiran, captan oxígeno y exhalan dióxido de carbono; y durante la noche, el bosque sigue respirando, pero no fotosintetizando. En definitiva, por mucha fotosíntesis que realicen las plantas del bosque, la cantidad neta de oxígeno que aporta el ecosistema completo a la atmósfera suele ser aproximadamente cero. Se dice que el balance es neutro.
Cuanto más pequeño el cuerpo, más productivo el organismo
Existen otros organismos que aún son más productivos que las plantas: las algas. Incluso la herbácea más pequeña tiene partes que no son fotosintéticas, como los haces vasculares o las raíces. Partes que no producen oxígeno, pero sí lo consumen en la respiración. Sin embargo, en determinados grupos de algas, y particularmente, en aquellas algas de carácter filamentoso o unicelulares, todas las células que componen el organismo son fotosintéticas.
Cuando todo el cuerpo fotosintetiza, la eficiencia produciendo oxígeno se dispara. No hay tallos sin clorofila, ni raíces a las que nunca llega la luz. Cada célula produce oxígeno. Esto hace que, si cien toneladas de plantas herbáceas producían mucho más oxígeno que cien toneladas de árboles, cien toneladas de algas producen aún más.
A diferencia de los ecosistemas terrestres, en los que la producción neta de oxígeno es relativamente baja, y en un balance neutro, en los ecosistemas acuáticos el balance neto es positivo. De hecho, hasta un 85 % del oxígeno que se libera a la atmósfera cada año es producido por microorganismos fotosintéticos acuáticos.
Y entre ellos, también hay diferencias en la eficiencia. Adentrándonos en la estructura celular, un organismo eucariota tiene una célula con núcleo y orgánulos, uno de ellos es el cloroplasto. Aunque los cloroplastos realizan la fotosíntesis, el resto de la célula sigue metabolizando y respirando. Sin embargo, un organismo procariota, como una cianobacteria, es en sí mismo un cloroplasto viviente. Dedica una parte de su metabolismo mucha mayor a la fotosíntesis.
En este sentido, las cianobacterias del género Prochlorococcus son los organismos fotosintéticos más pequeños conocidos, los que tienen una fotosíntesis más eficiente, y también los seres vivos más abundantes conocidos. Su población mundial se estima en tres mil cuatrillones de individuos (un tres seguido de 27 ceros. Contienen la mitad de toda la clorofila del planeta, y por sí sola, Prochlorococcus marinus es responsable del 20 % del oxígeno que se libera a la atmósfera cada año.
Respiramos oxígeno prehistórico
En este punto podríamos pensar que, mucho más que las plantas, las algas y las cianobacterias —con Prochlorococcus marinus, a la cabeza— serían los organismos que producen el oxígeno que respiramos. Y de nuevo, caeríamos en un gran error.
Estos organismos marinos son, efectivamente, los que más oxígeno están produciendo, pero hay un límite que no se puede sobrepasar, y tiene que ver con la fotosíntesis. En esta reacción química, por cada molécula de dióxido de carbono que se absorbe, se libera una molécula de oxígeno. Es un equilibrio inquebrantable. Dado que la concentración atmosférica de dióxido de carbono se encuentra por debajo de un 0,05 %, si todas las algas y cianobacterias del mundo absorbieran todo el carbono atmosférico de golpe y liberasen la cantidad equivalente de oxígeno, el aporte sería mínimo. Insignificante, puesto que la concentración de oxígeno en la atmósfera es de en torno a un 21 %.
Esa enorme concentración de oxígeno atmosférico no se ha formado recientemente. El oxígeno que respiramos hoy es el legado que nos han dejado microorganismos fotosintéticos prehistóricos. Hace unos 2800 millones de años, los microorganismos comenzaron a fotosintetizar; un avance evolutivo tan exitoso que se diversificaron de forma masiva. En un principio, todo ese oxígeno se comenzó a diluir en el océano, a capturarse en rocas en forma de óxidos, y a almacenarse en forma de capa de ozono. Pero hace unos 850 millones de años, esos sumideros se saturaron, y el gas se empezó a acumular en la atmósfera.
Durante cientos de millones de años, la concentración de oxígeno en el aire fue aumentando, hasta alcanzar cierto nivel de equilibrio, durante el período Cámbrico, hace unos 540 millones de años. Desde entonces, el oxígeno del aire se ha mantenido en concentraciones relativamente estables, aunque con fluctuaciones. El 21 % de oxígeno del que gozamos actualmente procede, en su mayor parte, de aquella producción masiva de hace entre 540 y 850 millones de años. Por lo tanto, no, no respiramos el oxígeno que nos dan las plantas, las algas ni las cianobacterias actuales, sino el oxígeno que liberaron aquellos microorganismos, en los albores del tiempo.
Por Álvaro Bayón, biólogo.
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