Los hidrocarburos y el petróleo son casi sinónimos en la ciencia ambiental. Después de todo, las reservas de petróleo representan casi todos los hidrocarburos que encontramos. Pero los pocos hidrocarburos que tienen su origen en fuentes biológicas pueden desempeñar un papel ecológico mayor de lo que los científicos sospecharon originalmente.

Un equipo de investigadores de la Universidad de California Santa Bárbara (UCSB) y la Institución Oceanográfica Woods Hole investigó esta área de la oceanografía previamente desatendida en busca de signos de un ciclo global pasado por alto. También probaron cómo su existencia podría afectar la respuesta del océano a los derrames de petróleo. Los resultados se publican en Nature Microbiology.

En 2015, un equipo internacional dirigido por científicos de la Universidad de Cambridge publicó un estudio que demuestra que el hidrocarburo pentadecano fue producido por cianobacterias marinas en cultivos de laboratorio. Los investigadores extrapolaron que este compuesto podría ser importante en el océano.

La molécula parece aliviar el estrés en las membranas curvas, por lo que se encuentra en cosas como los cloroplastos, donde las membranas muy compactas requieren una curvatura extrema. Ciertas cianobacterias aún sintetizan el compuesto, mientras que otros microbios oceánicos lo consumen fácilmente para obtener energía.

El profesor David Valentine decidió proseguir con esta investigación. Junto a su equipo, visitó el Golfo de México en 2015, luego el Atlántico occidental en 2017, para recolectar muestras y realizar experimentos.

El equipo tomó muestras prístinas, sin trazas de combustible, de agua de mar de una región del Atlántico pobre en nutrientes conocida como el Mar de los Sargazos, llamado así por las algas flotantes de sargazo arrastradas desde el Golfo de México.

"De pie frente al cromatógrafo de gases en Woods Hole después de la expedición de 2017, estaba claro que las muestras estaban limpias y no había señales de diesel", dijo el coautor principal Love. "El pentadecano era inconfundible y ya mostraba patrones oceanográficos claros incluso en el primer par de muestras que analizamos".

Debido a su gran cantidad en los océanos del mundo, continuó Love, "solo dos tipos de cianobacterias marinas están agregando hasta 500 veces más hidrocarburos al océano por año que la suma de todos los demás tipos de entradas de petróleo al océano, incluido el petróleo natural filtraciones, derrames de petróleo, vertidos de combustible y escorrentías terrestres".

Estos microbios producen colectivamente entre 300 y 600 millones de toneladas métricas de pentadecano por año, una cantidad que eclipsa los 1,3 millones de toneladas métricas de hidrocarburos liberados de todas las demás fuentes.

Si bien estas cantidades son impresionantes, son un poco engañosas. Los autores señalan que el ciclo del pentadecano abarca el 40% o más de la superficie de la Tierra, y más de un billón de cuatrillones de células cianobacterianas cargadas de pentadecano están suspendidas en la región iluminada por el sol del océano del mundo.

Sin embargo, el ciclo de vida de esas células suele ser de menos de dos días. Como resultado, los investigadores estiman que el océano contiene solo alrededor de 2 millones de toneladas métricas de pentadecano en un momento dado.

Habiendo confirmado la existencia y la magnitud de este ciclo de biohidrocarburos, el equipo trató de abordar la cuestión de si su presencia podría preparar el océano para descomponer el petróleo derramado.

La pregunta clave, explicó Arrington, es si estos abundantes microorganismos consumidores de pentadecano sirven como un activo durante la limpieza de derrames de petróleo. Para investigar esto, agregaron pentano, un hidrocarburo de petróleo similar al pentadecano, al agua de mar obtenida a varias distancias de las filtraciones de petróleo natural en el Golfo de México.

Midieron la respiración general en cada muestra para ver cuánto tardaban los microbios que comen pentano en multiplicarse. Los investigadores plantearon la hipótesis de que, si el ciclo del pentadecano realmente preparaba a los microbios para consumir también otros hidrocarburos, entonces todas las muestras deberían desarrollar floraciones a tasas similares.

Pero éste no era el caso. Las muestras de cerca de las filtraciones de aceite desarrollaron rápidamente floraciones. "Aproximadamente una semana después de agregar pentano, vimos el desarrollo de una población abundante", dijo Valentine. "Y eso se vuelve más y más lento cuanto más te alejas, hasta que, cuando estás en el Atlántico Norte, puedes esperar meses y nunca ver una floración".

Curiosamente, el equipo también encontró evidencia de que los microbios que pertenecen a otro dominio de la vida, Archaea, también pueden desempeñar un papel en el ciclo de la pentadecano. "Aprendimos que un grupo de microbios misteriosos y abundantes en todo el mundo, que aún no han sido domesticados en el laboratorio, pueden ser alimentados por pentadecano en la superficie del océano", dijo el coautor principal Arrington.

Los resultados plantean la pregunta de por qué la presencia de un ciclo de pentadecano enorme parece no tener ningún efecto sobre la descomposición del pentano petroquímico. "El petróleo es diferente del pentadecano", dijo Valentine, "y es necesario comprender cuáles son las diferencias y qué compuestos realmente componen el petróleo, para comprender cómo van a responder los microbios del océano".

En última instancia, los genes que suelen utilizar los microbios para consumir el pentano son diferentes a los que se utilizan para el pentadecano. "Un microbio que vive en las aguas cristalinas de la costa de las Bermudas tiene muchas menos probabilidades de encontrar el pentano petroquímico en comparación con el pentadecano producido por las cianobacterias y, por lo tanto, es menos probable que lleve los genes para el consumo de pentano", dijo Arrington.

Cargas de diferentes especies microbianas pueden consumir pentadecano, pero esto no implica que también puedan consumir otros hidrocarburos, continuó Valentine, especialmente dada la diversidad de estructuras de hidrocarburos que existen en el petróleo.

Hay menos de una docena de hidrocarburos comunes que producen los organismos marinos, incluidos el pentadecano y el metano. Mientras tanto, el petróleo comprende decenas de miles de hidrocarburos diferentes.

Es más, ahora estamos viendo que los organismos capaces de descomponer productos complejos del petróleo tienden a vivir en mayor abundancia cerca de las filtraciones de petróleo natural.

Valentine llama a este fenómeno "cebado biogeográfico", cuando la población microbiana del océano está condicionada a una fuente de energía particular en un área geográfica específica. "Y lo que vemos con este trabajo es una distinción entre pentadecano y petróleo", dijo, "que es importante para comprender cómo responderán las diferentes regiones oceánicas a los derrames de petróleo".

Los giros pobres en nutrientes como el mar de los Sargazos representan un impresionante 40% de la superficie de la Tierra. Pero, ignorando la tierra, eso todavía deja un 30% del planeta para explorar en busca de otros ciclos de biohidrocarburos.

Valentine cree que los procesos en las regiones de mayor productividad serán más complejos y tal vez proporcionen más preparación para el consumo de aceite. También señaló que el plan de la naturaleza para la producción de hidrocarburos biológicos es prometedor para los esfuerzos por desarrollar la próxima generación de energía verde.