Un misterio que ha desconcertado a la comunidad científica durante más de 50 años finalmente ha sido resuelto. Un equipo de la Universidad de Linköping (Suecia) y Helmholtz Munich ha descubierto que cierto tipo de reacción química puede explicar por qué la materia orgánica que se encuentra en ríos y lagos es tan resistente a la degradación. Su estudio ha sido publicado en la revista Nature. .
"Este ha sido el santo grial en mi campo de investigación durante más de 50 años", afirma Norbert Hertkorn, científico en química analítica que anteriormente trabajó en Helmholtz Munich y actualmente en la Universidad de Linköping.
Empecemos desde el principio. Cuando, por ejemplo, una hoja se desprende de un árbol y cae al suelo, ésta comienza a descomponerse inmediatamente. Antes de que la hoja se descomponga, consta de unos pocos miles de biomoléculas distintas; moléculas que se pueden encontrar en la mayoría de la materia viva.
La descomposición de la hoja se produce en varias fases. Los insectos y microorganismos comienzan a consumirla, mientras que la luz del sol y la humedad afectan la hoja, provocando una mayor descomposición. Con el tiempo, las moléculas de la hoja descompuesta son arrastradas a ríos, lagos y océanos.
Sin embargo, en este punto, las miles de biomoléculas conocidas se han transformado en millones de moléculas de apariencia muy diferente con estructuras complejas y típicamente desconocidas. Este espectacular proceso de transformación química sigue siendo un misterio que ha confundido a los investigadores durante más de medio siglo, hasta ahora.
"Ahora podemos dilucidar cómo un par de miles de moléculas en la materia viva pueden dar lugar a millones de moléculas diferentes que rápidamente se vuelven muy resistentes a una mayor degradación", afirma Hertkorn.
El equipo descubrió que detrás del misterio se esconde un tipo específico de reacción, conocida como desaromatización oxidativa. Aunque esta reacción se ha estudiado y aplicado ampliamente durante mucho tiempo en la síntesis farmacéutica, su aparición natural permanece inexplorada.
En el estudio, los investigadores demostraron que la desaromatización oxidativa cambia la estructura tridimensional de algunos componentes de biomoléculas, lo que a su vez puede activar una cascada de reacciones posteriores y diferenciadas, dando como resultado millones de moléculas diversas.
Anteriormente, los científicos creían que el camino hacia la materia orgánica disuelta implicaba un proceso lento con muchas reacciones secuenciales. Sin embargo, el estudio actual sugiere que la transformación se produce relativamente rápido.
El equipo examinó la materia orgánica disuelta de cuatro afluentes del río Amazonas y dos lagos de Suecia. Emplearon una técnica llamada resonancia magnética nuclear (RMN) para analizar la estructura de millones de moléculas diversas. Sorprendentemente, independientemente del clima, la estructura fundamental de la materia orgánica disuelta se mantuvo constante.
"La clave de los hallazgos fue el uso no convencional de la RMN para permitir estudios del interior profundo de grandes moléculas orgánicas disueltas, mapeando y cuantificando así el entorno químico alrededor de los átomos de carbono", explica Siyu Li, científico del Helmholtz Zentrum y autor principal. del estudio.
En las biomoléculas, los átomos de carbono pueden estar conectados con otros cuatro átomos, generalmente con hidrógeno u oxígeno. Sin embargo, para sorpresa del equipo, una fracción muy elevada de los átomos de carbono orgánicos no estaba conectada a ningún hidrógeno, sino principalmente a otros átomos de carbono. Particularmente intrigante fue la gran cantidad de átomos de carbono unidos específicamente a otros tres carbonos y un átomo de oxígeno, una estructura muy rara en las biomoléculas.
Según David Bastviken, profesor de cambio ambiental en la Universidad de Linköping, esto hace que la materia orgánica sea estable, lo que le permite persistir durante mucho tiempo y evita que regrese rápidamente a la atmósfera en forma de dióxido de carbono o metano.
"Este descubrimiento ayuda a explicar los importantes sumideros de carbono orgánico de nuestro planeta, que reducen la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera", afirma Bastviken.
Más información: La desaromatización impulsa la generación de complejidad en la materia orgánica de agua dulce, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07210-9
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Linköping
