El ciclo del oxígeno. El oxígeno representa el 28% del volumen de la atmósfera y es, junto con el agua, el pilar fundamental de la vida. Gracias a este ciclo biogeoquímico, siempre hay oxígeno disponible.
Hace unos 2.800 millones de años, no había oxígeno en la atmósfera. De hecho, era un compuesto tóxico para las bacterias que, por aquel momento, habitaban la Tierra. Todo cambió con la aparición de las cianobacterias, los primeros organismos en realizar la fotosíntesis oxigénica.
Estas bacterias desarrollaron un metabolismo cuyas reacciones culminaban con la liberación de oxígeno. Su expansión por los océanos hizo que se liberaran enormes cantidades de este gas, cosa que provocó una de las mayores extinciones masivas de la historia y el fenómeno conocido como la Gran Oxidación.
Este suceso provocó que, hace unos 1.850 millones de años, la atmósfera se llenara de oxígeno y que, a partir de ahí, la inmensa mayoría de seres vivos tuvieran un metabolismo que, de una manera u otra (ya fuera consumiéndolo o expulsándolo), tenía el oxígeno como pieza clave en las reacciones celulares.
Hoy en día, el oxígeno representa el 28% del volumen de la atmósfera, siendo el segundo gas más abundante (por detrás del nitrógeno, que constituye el 78% de la misma). Para garantizar que esta cantidad se mantiene estable, en la Tierra tiene lugar lo que se conoce como ciclo del oxígeno, el cual permite que la vida en este planeta sea posible.
¿Qué es el ciclo del oxígeno?
El oxígeno es un compuesto imprescindible para la vida en la Tierra. Se trata de un elemento químico que, individualmente, es poco estable, por lo que dos átomos se unen para formar una molécula de dioxígeno (O2) que conocemos simplemente como oxígeno.
Como bien sabemos, el oxígeno es pieza clave del metabolismo de todos los seres vivos, a excepción de determinados organismos anoxigénicos. Ya sea consumiéndolo a través de la respiración celular o produciéndolo mediante la fotosíntesis, el oxígeno es vital en el mantenimiento de los ecosistemas de la Tierra.
En la atmósfera, lo encontramos en forma, además de dioxígeno (el que respiramos), de vapor de agua, ozono (O3) y dióxido de carbono, el gas que utilizan los organismos fotosintéticos como fuente de carbono. Todo esto hace que el 28% de la atmósfera esté compuesta por oxígeno.
Del mismo modo, es pieza clave en los ecosistemas acuáticos de la Tierra. Solo hace falta recordar que el 71% de la superficie terrestre está cubierta por agua y que el 89% de su masa es oxígeno, pues recordemos que la fórmula química del agua es H2O (el oxígeno pesa más que el hidrógeno).
Por lo tanto, todo este oxígeno tiene que fluir entre los distintos reservorios, es decir, seres vivos, atmósfera e hidrosfera. ¿De qué manera se consigue esto? Exacto, con el ciclo del oxígeno.
En este sentido, el del oxígeno es uno de los principales ciclos biogeoquímicos de la Tierra y es un concepto que hace referencia a los movimientos circulatorios que sigue el oxígeno en la biosfera y a las transformaciones por las que pasa este gas a medida que avanza por los distintos reservorios.
La atmósfera, los océanos y los seres vivos estamos estrechamente unidos por este ciclo gaseoso, el cual está dividido en distintas etapas que, en su conjunto, aseguran que las cantidades de oxígeno en los distintos reservorios se mantendrá siempre estable. Como ciclo que es, el oxígeno pasa por una serie de cambios que se repiten una y otra vez.
Etapas del ciclo del oxígeno
Tras la Gran Oxidación que hemos comentado anteriormente, la vida en la Tierra es principalmente aeróbica. En este sentido, el oxígeno interviene de forma importante en prácticamente todas las reacciones metabólicas de los seres vivos. Sin oxígeno, la vida en el planeta sería, a día de hoy, totalmente imposible.
Y en este contexto, el ciclo del oxígeno es aquello que nos asegura que, pase lo que pase, las cantidades de este gas en los distintos reservorios se mantendrán estables. Todo en la Tierra está en equilibrio. Y el oxígeno, gracias a la relación entre estas etapas, también.
1. Fase atmosférica
La primera etapa del ciclo del oxígeno recibe el nombre de atmosférica ya que es el reservorio más relevante en el ciclo, pero lo cierto es que hace referencia a los otros reservorios, es decir, hidrosfera, geosfera y criosfera.
Antes de entrar en profundidad, basta con entender que, en esta fase, el oxígeno se encuentra en alguno de sus reservorios geológicos, pero todavía no está fluyendo por los organismos vivos. Esto es, a grandes rasgos, la fase atmosférica.
Como veremos, la principal fuente de oxígeno a la atmósfera es la fotosíntesis (pero esto ya pertenece a la última etapa del ciclo), pero hay otras. Y es que el oxígeno también pasa a la atmósfera en forma de H2O cuando el agua se evapora de los océanos, en forma de CO2 cuando los animales respiramos o quemamos combustibles fósiles, en forma de ozono (O3) en capas altas de la atmósfera cuando la radiación solar estimula la fotólisis (una molécula de agua se rompe), a través de erupciones volcánicas…
Pero, ¿el oxígeno está solo en la atmósfera? No. Como hemos dicho, el oxígeno también forma parte del agua de los océanos, los cuales cubren el 71% de la superficie de la Tierra. De igual modo, forma parte también de la criosfera, que son las masas de hielo. Además, está también en la geosfera, pues en los suelos de tierra firme también hay oxígeno, ya que es un elemento importante en la corteza terrestre.
El oxígeno es el tercer elemento más abundante del Universo, por lo que no es de extrañar que forme parte de todas las regiones de la Tierra. Ahora bien, lo que nos importa de verdad es el oxígeno que forma parte de la atmósfera, pues es el que continúa en las siguientes etapas. Es a través de la atmósfera que el oxígeno sigue fluyendo, de ahí que esta etapa reciba el nombre de atmosférica, aunque haya otros reservorios de oxígeno.
Sea como sea, la clave está en que el oxígeno está en la atmósfera en forma tanto de oxígeno molecular (O2) como de dióxido de carbono (CO2), ya que estas moléculas son las más relevantes en el ciclo.
2. Fase fotosintética
Recapitulemos. Ahora mismo, estamos en un punto en el que tenemos oxígeno en la atmósfera. El 21% del elemento oxígeno está en forma de oxígeno molecular (O2), pero el resto está en forma de ozono, vapor de agua y dióxido de carbono. Y ahora, lo que nos interesa es este dióxido de carbono (CO2), el cual constituye aproximadamente el 0,07% de los gases atmosféricos
Y es que gracias a este dióxido de carbono, entramos en la segunda etapa del ciclo, la cual, como su propio nombre indica, está estrechamente relacionada con los organismos fotosintéticos. Es decir, pasamos ya del reservorio atmosférico a los seres vivos.
¿Por qué es tan importante el dióxido de carbono? Porque las plantas, algas y cianobacterias, al realizar la fotosíntesis, además de requerir de luz solar como fuente de energía, necesitan materia inorgánica para sintetizar su propia materia orgánica. Y el dióxido de carbono es esta fuente de materia inorgánica.
A diferencia de los organismos heterótrofos (como nosotros), los seres autótrofos (como los fotosintéticos), no tienen que consumir materia orgánica para conseguir el carbono, que es el elemento clave de los seres vivos, sino que fabrican su propio alimento.
En este sentido, los organismos fotosintéticos fijan (captan) este dióxido de carbono atmosférico y, gracias a la energía química que han conseguido a partir de la luz solar, el carbono presente en él (recordemos que es CO2) va pasando por distintas rutas metabólicas que culminan con la obtención de azúcares simples, es decir, materia orgánica.
A lo largo de este proceso, se libera oxígeno como producto de desecho, ya que tras capturar el carbono presente en el dióxido de carbono y “romper” una molécula de agua, queda el oxígeno libre en forma de O2, un gas que procede del agua empleada en el proceso y que pasa a la atmósfera para directamente entrar en la tercera y penúltima etapa del ciclo.
Se estima que, entre plantas, algas y cianobacterias, se fijan anualmente 200.000.000.000 de toneladas de carbono cada año. Como vemos, se capturan cantidades increíblemente grandes de dióxido de carbono y, consecuentemente, se libera muchísimo oxígeno.
3. Fase de respiración
Gracias a este oxígeno liberado por las plantas, algas y cianobacterias, los seres heterótrofos disponemos del oxígeno necesario para respirar. Y es que, como ya hemos comentado, nosotros no podemos sintetizar materia orgánica a partir de inorgánica, sino que hacemos el proceso inverso.
En este sentido, la respiración (también la realizan las plantas) es un proceso metabólico en el que se consume oxígeno para funcionar como agente oxidante, es decir, como molécula que atrapa los electrones en una reacción bioquímica.
Sin entrar demasiado en profundidad, basta con entender que, en esta etapa, los seres vivos que respiramos, consumimos el oxígeno liberado por los fotosintéticos y lo utilizamos para, a nivel celular en las mitocondrias, realizar las rutas metabólicas que permiten generar energía.
Es justo lo contrario a lo que sucede en la etapa fotosintética, pues aquí se consume oxígeno y, como producto de desecho, se libera dióxido de carbono y agua (los fotosintéticos los consumían). Solo hace falta pensar en lo que hacemos nosotros. Inhalamos oxígeno y expulsamos dióxido de carbono.
Y, ¿qué pasará con este dióxido de carbono? Exacto. Que regresará a la atmósfera, entrando así en la cuarta y última etapa del ciclo del oxígeno.
4. Fase de retorno
En la fase de retorno, el dióxido de carbono expulsado a la atmósfera como desecho de la respiración por parte de los organismos aeróbicos regresa a la atmósfera. De esta manera, los seres fotosintéticos vuelven a disponer de su fuente inorgánica de carbono, por lo que se volverá a entrar en la fase fotosintética que, a su vez, volverá a dar oxígeno para la atmósfera.
Evidentemente, estas fases no están separadas. Todas ellas están sucediendo simultáneamente en la Tierra. De estas cuatro etapas, nace el equilibrio tan delicado entre el oxígeno que se consume y el que se genera. Gracias al ciclo del oxígeno, la vida en la Tierra es posible.
