VI. OTROS REQUERIMIENTOS DE ENERGÍA

YA VIMOS que la luz del Sol que llega a la superficie de la Tierra libera energía que es aprovechada por organismos equipados para retener la energía lumínica. En este sentido hay que mencionar que es probable que las algas unicelulares que aparecieron sobre la Tierra hace 2 500 millones de años sean las responsables de que hoy en día exista la vida tal como la conocemos; es decir, que la atmósfera terrestre tenga la composición que tiene, la cual permite que organismos incapaces de utilizar la energía luminosa vivan y se reproduzcan. Veamos con más detalle cómo es que unos organismos dependen de otros y de qué modo se transformó la atmósfera terrestre para que las distintas formas de vida que consumen oxígeno aparecieran.

A mediados del decenio de los 50, dos paleontólogos estudiaron al microscopio rocas cuya edad era de aproximadamente 2 mil millones de años; para su sorpresa, encontraron formas microscópicas abundantes que se parecían mucho a lo que hoy en día son las bacterias, solamente que éstas eran bacterias fósiles; en la actualidad se sabe que tienen una edad de hasta 3 500 millones de años. Estas primitivas formas de vida se encontraban en un ambiente tan hostil que es difícil entender cómo sobrevivieron en condiciones tan extremas. La atmósfera terrestre carecía entonces de la capa de ozono que hoy filtra de una manera muy conveniente los rayos o radiación ultravioleta que provienen del Sol, de tal forma que la atmósfera de la Tierra se debe haber parecido mucho a la atmósfera 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 generó la capa de ozono que al presente nos protege de tan letal radiación. En esas condiciones ambientales se producía toda una variedad de compuestos orgánicos que resultaban de la radiación solar y que servían de alimento a esos diminutos organismos. Éstos se alimentaban de aminoácidos, azúcares y ácidos orgánicos; sin embargo, incluso estos pequeños organismos requieren de energía para crecer y reproducirse y la requieren en forma de ATP, ya que deben haber necesitado producir sus proteínas y ácidos 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 prevalecían en ese entonces y que han llevado a producir ATP en mezclas de gases simples y fosfato. Esto sugiere que las primeras células pudieron haber obtenido su energía en forma de ATP simplemente tomándolo del medio y que de esta misma forma obtenían otra serie de compuestos que proporcionan energía y que están relacionados con esta molécula. Sin embargo, esta situación no pudo durar mucho tiempo, ya que la población de células que poblaban la Tierra aumentó hasta un punto en que estos compuestos se agotaron y esos organismos se vieron forzados a desarrollar un mecanismo para obtener su energía. Hoy en día se piensa que éste pudo haber sido la fermentación. Hay que recordar que este proceso se lleva a cabo en ausencia de oxígeno y degrada moléculas grandes a pequeñas, conservando parte de la energía en forma de ATP.

A partir de la aparición de la vida sobre la Tierra, nuestro planeta jamás volvió a ser el mismo; los pequeños microorganismos que la poblaron interactuaron intensamente con su superficie y con la atmósfera, de tal forma que los ciclos básicos 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 atmósfera una alta concentración de bióxido de carbono (97%), mientras que la Tierra solamente contiene 0.03%; esta enorme reducción se debe en parte a que los microorganismos anaeróbicos, que abundaban hace más de 3 500 millones de años, lo removieron del aire.

Los organismos también requirieron de ciertos elementos básicos como el hidrógeno, el carbono, el nitrógeno, el fósforo, el oxígeno y el azufre, todos ellos elementos que se hallaban dispersos en la tierra, el agua y la atmósfera por las constantes erupciones de volcanes que en esa época ocurrían. Así se desarrollaron varias formas de obtención de energía y que incluyen la fermentación, la reducción de sulfato y la fotosíntesis anaeróbica. Sin embargo, al paso del tiempo se comenzaron a agotar los agentes reductores, entre éstos el hidrógeno, que constantemente se escapaba al espacio. Esta escasez hizo que evolucionara una nueva especie de fotosíntesis que permitía a ciertos microorganismos obtener el hidrógeno a partir de moléculas de agua. Tal estrategia hace uso del agua, que es una fuente inagotable de hidrógeno, y por otra parte se origina oxígeno como producto de desecho. Así es como gradualmente el oxígeno se acumuló en el agua, la tierra, los sedimentos y la atmósfera, lo cual marcó el principio de la era aeróbica.

El oxígeno libre favoreció la síntesis abiótica de compuestos orgánicos; además se comenzó a formar la capa de ozono que se ha convertido en tema de actualidad, puesto que forma un escudo protector contra la nociva radiación ultravioleta que produce serias alteraciones, entre otras cosas en los ácidos nucleicos y por tanto en la herencia y, recientemente, se han detectado agujeros en ella.

Así, los organismos anaeróbicos se vieron obligados a vivir permanentemente en sitios carentes de oxígeno en donde hasta la fecha se encuentran. Por otra parte, el oxígeno hizo posible un nuevo mecanismo para la obtención de energía que hoy conocemos como oxidativo o respiración, y que es, sin lugar a duda, mucho más eficiente, y permitió a las células crecer más grandes y elaboradas.

Los primeros organismos productores de oxígeno por fotosíntesis fueron las cianobacterias, que se conocen como algas verde-azules, las cuales dominaron la superficie del planeta hace unos 2 500 millones de años. La cantidad de oxígeno atmosférico aumentó de tal manera que todos los organismos que poblaban la Tierra se vieron amenazados, inclusive las cianobacterias. De esta forma se inició una etapa nueva en la que organismos que no toleran el oxígeno tuvieron que migrar, o murieron, mientras que otros se adaptaron, con lo cual queremos decir que desarrollaron sistemas que les permitieron convivir con el oxígeno, el cual es altamente tóxico 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 así entraron a escena lo que hoy conocemos como organismos respiratorios. Es posible que los primeros organismos respiratorios hayan sido también cianobacterias que llevaban a cabo este proceso de respiración durante la noche, pues utilizan la misma maquinaria molecular para la fotosíntesis y para la respiración. Se estableció así la base para que aparecieran otros organismos que eran incapaces de aprovechar la luz del Sol, pero que utilizaban por ejemplo el oxígeno que apareció en la atmósfera y que les permitió ser más eficientes para obtener la energía necesaria a partir de los nutrientes.

Con el tiempo evolucionaron, además de los organismos autótrofos o autosuficientes, los llamados heterótrofos, es decir, los que se alimentan de otros, y esto inició las cadenas alimenticias que actualmente conocemos (el pez grande se come al chico).

Las cadenas alimenticias son frágiles y dependen directamenté de los organismos fotosintéticos que conservan la energía 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 desapareceríamos de la faz de la Tierra. Esta dependencia hace que el costo energético necesario para mantener un organismo heterótrofo sea mucho mayor que para un autótrofo. 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 así como de cuidados que procuren su bienestar; todo esto hace que el precio intrínseco de la leche sea muy alto y más aún 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 atención que el animal requirió. Al comer alimentos vegetales consumimos un valor intrínseco mucho menor, ya que si bien los vegetales también requieren de cuidados, éstos 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 energía que tuvo que ser captada por el pasto y metabolizada por la vaca, la cual finalmente la transformó en músculo. Quizá una dieta más dirigida al consumo de vegetales y productos derivados de la vaca aminore el problema energético que se plantea. Otra alternativa la da el mar, donde los peces se alimentan de plancton y de otros peces. El costo energético de la carne de pescado, o bien de los diferentes mariscos que del mar se obtienen, es mucho más bajo en términos de energía y quizá hasta en términos económicos.

OTRAS NECESIDADES ENERGÉTICAS DE LOS HUMANOS

Tomemos como ejemplo a un hombre común de un país desarrollado y analicemos la cantidad de energía que consume. Al despertar lo hará utilizando probablemente un despertador eléctrico; al darse un baño lo hará con agua caliente que proviene de un calentador ya sea eléctrico o de gas; para preparación de su desayuno consumirá otro tanto de energía; finalmente, para llegar a su trabajo, lo hará muy probablemente en su auto o utilizando algún medio de transporte. Se ha descrito un caso semejante, el de un trabajador alemán que en total en el proceso gasta 225 000 kilojoules de energía; pero el caso que se ha analizado es el del operario de una gigantesca máquina para extraer carbón mineral, y produce alrededor de 20 000 toneladas de carbón por día, las cuales a su vez van a producir unos 165 billones de joules/hora, de esta forma este individuo produce una cantidad de energía casi 500 000 veces mayor que su gasto total diariamente.

Podemos comparar a este personaje con un agricultor de un país subdesarrollado que vive junto a su tierra de cultivo, que no requiere de un automóvil para transportarse, ni calienta el agua o la comida con gas, sino con estiércol. Remueve la tierra con un arado tirado por un buey y cosecha su siembra con ayuda de su familia; claro que la producción es pequeña y da apenas para su propio sustento. En términos de energía, produce 42 veces el valor de su propia fuerza muscular; consume poca energía pero produce muy poca en comparación con el ejemplo del país desarrollado.

La pregunta que nos hacemos es la siguiente, ¿cuál de los dos casos es más eficiente y por tanto aprovecha mejor la energía consumida con respecto a la energía producida? Ciertamente, el operario de la máquina que extrae carbón es mucho más eficiente. Esto se debe a que la tecnología aplicada para este caso especifico permite incrementar la relación de energía invertida por energía producida; sin embargo, el caso del campesino, aparentemente menos costoso desde el punto de vista energético, produce una cantidad muy pequeña de energía.

Por otra parte, si el campesino de nuestro ejemplo se auxiliara de equipo mecánico que le permitiera incrementar su eficiencia, muy probablemente su relación de energía producida por energía consumida se incrementaría notablemente, asi como sus condiciones de vida. El ideal se antoja más cerca del personaje del país industrializado, que del campesino del país subdesarrollado. Es entonces indispensable que en la planeación de los países se tomen en cuenta estos factores, que indudablemente representan un gasto de cantidades enormes de energías que han de dedicarse al bienestar de los humanos y hasta de los animales.