VI. OTROS REQUERIMIENTOS DE ENERG�A

YA VIMOS que la luz del Sol que llega a la superficie de la Tierra libera energ�a que es aprovechada por organismos equipados para retener la energ�a lum�nica. En este sentido hay que mencionar que es probable que las algas unicelulares que aparecieron sobre la Tierra hace 2 500 millones de a�os sean las responsables de que hoy en d�a exista la vida tal como la conocemos; es decir, que la atm�sfera terrestre tenga la composici�n que tiene, la cual permite que organismos incapaces de utilizar la energ�a luminosa vivan y se reproduzcan. Veamos con m�s detalle c�mo es que unos organismos dependen de otros y de qu� modo se transform� la atm�sfera terrestre para que las distintas formas de vida que consumen ox�geno aparecieran.

A mediados del decenio de los 50, dos paleont�logos estudiaron al microscopio rocas cuya edad era de aproximadamente 2 mil millones de a�os; para su sorpresa, encontraron formas microsc�picas abundantes que se parec�an mucho a lo que hoy en d�a son las bacterias, solamente que �stas eran bacterias f�siles; en la actualidad se sabe que tienen una edad de hasta 3 500 millones de a�os. Estas primitivas formas de vida se encontraban en un ambiente tan hostil que es dif�cil entender c�mo sobrevivieron en condiciones tan extremas. La atm�sfera terrestre carec�a entonces de la capa de ozono que hoy filtra de una manera muy conveniente los rayos o radiaci�n ultravioleta que provienen del Sol, de tal forma que la atm�sfera de la Tierra se debe haber parecido mucho a la atm�sfera de Marte. La diferencia es que nuestro planeta se encuentra a una distancia del Sol menor que ese planeta, y la vida como hoy se conoce gener� la capa de ozono que al presente nos protege de tan letal radiaci�n. En esas condiciones ambientales se produc�a toda una variedad de compuestos org�nicos que resultaban de la radiaci�n solar y que serv�an de alimento a esos diminutos organismos. �stos se alimentaban de amino�cidos, az�cares y �cidos org�nicos; sin embargo, incluso estos peque�os organismos requieren de energ�a para crecer y reproducirse y la requieren en forma de ATP, ya que deben haber necesitado producir sus prote�nas y �cidos nucleicos (DNA y RNA) a partir de las sustancias que se encontraban en el medio que las rodeaba. En este sentido se han hecho experimentos que simulan las condiciones que prevalec�an en ese entonces y que han llevado a producir ATP en mezclas de gases simples y fosfato. Esto sugiere que las primeras c�lulas pudieron haber obtenido su energ�a en forma de ATP simplemente tom�ndolo del medio y que de esta misma forma obten�an otra serie de compuestos que proporcionan energ�a y que est�n relacionados con esta mol�cula. Sin embargo, esta situaci�n no pudo durar mucho tiempo, ya que la poblaci�n de c�lulas que poblaban la Tierra aument� hasta un punto en que estos compuestos se agotaron y esos organismos se vieron forzados a desarrollar un mecanismo para obtener su energ�a. Hoy en d�a se piensa que �ste pudo haber sido la fermentaci�n. Hay que recordar que este proceso se lleva a cabo en ausencia de ox�geno y degrada mol�culas grandes a peque�as, conservando parte de la energ�a en forma de ATP.

A partir de la aparici�n de la vida sobre la Tierra, nuestro planeta jam�s volvi� a ser el mismo; los peque�os microorganismos que la poblaron interactuaron intensamente con su superficie y con la atm�sfera, de tal forma que los ciclos b�sicos de algunas sustancias fueron modificados. Un ejemplo de esto es la diferencia que existe entre la Tierra y dos de sus vecinos, Venus y Marte, que contienen en su atm�sfera una alta concentraci�n de bi�xido de carbono (97%), mientras que la Tierra solamente contiene 0.03%; esta enorme reducci�n se debe en parte a que los microorganismos anaer�bicos, que abundaban hace m�s de 3 500 millones de a�os, lo removieron del aire.

Los organismos tambi�n requirieron de ciertos elementos b�sicos como el hidr�geno, el carbono, el nitr�geno, el f�sforo, el ox�geno y el azufre, todos ellos elementos que se hallaban dispersos en la tierra, el agua y la atm�sfera por las constantes erupciones de volcanes que en esa �poca ocurr�an. As� se desarrollaron varias formas de obtenci�n de energ�a y que incluyen la fermentaci�n, la reducci�n de sulfato y la fotos�ntesis anaer�bica. Sin embargo, al paso del tiempo se comenzaron a agotar los agentes reductores, entre �stos el hidr�geno, que constantemente se escapaba al espacio. Esta escasez hizo que evolucionara una nueva especie de fotos�ntesis que permit�a a ciertos microorganismos obtener el hidr�geno a partir de mol�culas de agua. Tal estrategia hace uso del agua, que es una fuente inagotable de hidr�geno, y por otra parte se origina ox�geno como producto de desecho. As� es como gradualmente el ox�geno se acumul� en el agua, la tierra, los sedimentos y la atm�sfera, lo cual marc� el principio de la era aer�bica.

El ox�geno libre favoreci� la s�ntesis abi�tica de compuestos org�nicos; adem�s se comenz� a formar la capa de ozono que se ha convertido en tema de actualidad, puesto que forma un escudo protector contra la nociva radiaci�n ultravioleta que produce serias alteraciones, entre otras cosas en los �cidos nucleicos y por tanto en la herencia y, recientemente, se han detectado agujeros en ella.

As�, los organismos anaer�bicos se vieron obligados a vivir permanentemente en sitios carentes de ox�geno en donde hasta la fecha se encuentran. Por otra parte, el ox�geno hizo posible un nuevo mecanismo para la obtenci�n de energ�a que hoy conocemos como oxidativo o respiraci�n, y que es, sin lugar a duda, mucho m�s eficiente, y permiti� a las c�lulas crecer m�s grandes y elaboradas.

Los primeros organismos productores de ox�geno por fotos�ntesis fueron las cianobacterias, que se conocen como algas verde-azules, las cuales dominaron la superficie del planeta hace unos 2 500 millones de a�os. La cantidad de ox�geno atmosf�rico aument� de tal manera que todos los organismos que poblaban la Tierra se vieron amenazados, inclusive las cianobacterias. De esta forma se inici� una etapa nueva en la que organismos que no toleran el ox�geno tuvieron que migrar, o murieron, mientras que otros se adaptaron, con lo cual queremos decir que desarrollaron sistemas que les permitieron convivir con el ox�geno, el cual es altamente t�xico cuando se encuentra como radical libre. Otros organismos desarrollaron mecanismos diferentes, que consistieron en el aprovechamiento de este gas para degradarlo hasta Co₂ y agua, compuestos con que se alimentan y as� entraron a escena lo que hoy conocemos como organismos respiratorios. Es posible que los primeros organismos respiratorios hayan sido tambi�n cianobacterias que llevaban a cabo este proceso de respiraci�n durante la noche, pues utilizan la misma maquinaria molecular para la fotos�ntesis y para la respiraci�n. Se estableci� as� la base para que aparecieran otros organismos que eran incapaces de aprovechar la luz del Sol, pero que utilizaban por ejemplo el ox�geno que apareci� en la atm�sfera y que les permiti� ser m�s eficientes para obtener la energ�a necesaria a partir de los nutrientes.

Con el tiempo evolucionaron, adem�s de los organismos aut�trofos o autosuficientes, los llamados heter�trofos, es decir, los que se alimentan de otros, y esto inici� las cadenas alimenticias que actualmente conocemos (el pez grande se come al chico).

Las cadenas alimenticias son fr�giles y dependen directament� de los organismos fotosint�ticos que conservan la energ�a radiante del Sol; es por ello que si se rompiera este equilibrio, todos aquellos organismos que somos incapaces de utilizar la luz del Sol irremediablemente desaparecer�amos de la faz de la Tierra. Esta dependencia hace que el costo energ�tico necesario para mantener un organismo heter�trofo sea mucho mayor que para un aut�trofo. Por ejemplo, para que una vaca llegue a la edad necesaria para que produzca leche se requiere que haya consumido una cantidad muy considerable de pastura as� como de cuidados que procuren su bienestar; todo esto hace que el precio intr�nseco de la leche sea muy alto y m�s a�n el de su carne. El que nos comamos un buen pedazo de filete en realidad significa que nos comemos el equivalente de muchos kilos de pasto y muchas horas de atenci�n que el animal requiri�. Al comer alimentos vegetales consumimos un valor intr�nseco mucho menor, ya que si bien los vegetales tambi�n requieren de cuidados, �stos son sin duda mucho menos costosos que los que requiere una res, o un borrego, o cualquier otro animal para consumo. Esto no quiere decir que no debamos consumir carne, pero es necesario notar que una sociedad que basa su dieta en la carne gasta una cantidad enorme de energ�a que tuvo que ser captada por el pasto y metabolizada por la vaca, la cual finalmente la transform� en m�sculo. Quiz� una dieta m�s dirigida al consumo de vegetales y productos derivados de la vaca aminore el problema energ�tico que se plantea. Otra alternativa la da el mar, donde los peces se alimentan de plancton y de otros peces. El costo energ�tico de la carne de pescado, o bien de los diferentes mariscos que del mar se obtienen, es mucho m�s bajo en t�rminos de energ�a y quiz� hasta en t�rminos econ�micos.

OTRAS NECESIDADES ENERG�TICAS DE LOS HUMANOS

Tomemos como ejemplo a un hombre com�n de un pa�s desarrollado y analicemos la cantidad de energ�a que consume. Al despertar lo har� utilizando probablemente un despertador el�ctrico; al darse un ba�o lo har� con agua caliente que proviene de un calentador ya sea el�ctrico o de gas; para preparaci�n de su desayuno consumir� otro tanto de energ�a; finalmente, para llegar a su trabajo, lo har� muy probablemente en su auto o utilizando alg�n medio de transporte. Se ha descrito un caso semejante, el de un trabajador alem�n que en total en el proceso gasta 225 000 kilojoules de energ�a; pero el caso que se ha analizado es el del operario de una gigantesca m�quina para extraer carb�n mineral, y produce alrededor de 20 000 toneladas de carb�n por d�a, las cuales a su vez van a producir unos 165 billones de joules/hora, de esta forma este individuo produce una cantidad de energ�a casi 500 000 veces mayor que su gasto total diariamente.

Podemos comparar a este personaje con un agricultor de un pa�s subdesarrollado que vive junto a su tierra de cultivo, que no requiere de un autom�vil para transportarse, ni calienta el agua o la comida con gas, sino con esti�rcol. Remueve la tierra con un arado tirado por un buey y cosecha su siembra con ayuda de su familia; claro que la producci�n es peque�a y da apenas para su propio sustento. En t�rminos de energ�a, produce 42 veces el valor de su propia fuerza muscular; consume poca energ�a pero produce muy poca en comparaci�n con el ejemplo del pa�s desarrollado.

La pregunta que nos hacemos es la siguiente, �cu�l de los dos casos es m�s eficiente y por tanto aprovecha mejor la energ�a consumida con respecto a la energ�a producida? Ciertamente, el operario de la m�quina que extrae carb�n es mucho m�s eficiente. Esto se debe a que la tecnolog�a aplicada para este caso especifico permite incrementar la relaci�n de energ�a invertida por energ�a producida; sin embargo, el caso del campesino, aparentemente menos costoso desde el punto de vista energ�tico, produce una cantidad muy peque�a de energ�a.

Por otra parte, si el campesino de nuestro ejemplo se auxiliara de equipo mec�nico que le permitiera incrementar su eficiencia, muy probablemente su relaci�n de energ�a producida por energ�a consumida se incrementar�a notablemente, asi como sus condiciones de vida. El ideal se antoja m�s cerca del personaje del pa�s industrializado, que del campesino del pa�s subdesarrollado. Es entonces indispensable que en la planeaci�n de los pa�ses se tomen en cuenta estos factores, que indudablemente representan un gasto de cantidades enormes de energ�as que han de dedicarse al bienestar de los humanos y hasta de los animales.