Cianobacterias: definición, fotosíntesis y papel en la oxigenación de la Tierra
Descubre cómo las cianobacterias, pioneras de la fotosíntesis, transformaron la Tierra al producir oxígeno y moldear la atmósfera primitiva.
Las cianobacterias son un taxón del mundo bacteriano capaz de realizar la fotosíntesis. Aunque en el pasado se las llamó algas (y todavía aparecen como “algas verdeazuladas”), no son algas eucariotas: pertenecen al filo bacterias conocido como Cyanobacteria y hoy se reconocen unas 1.500 especies descritas, si bien la diversidad real es mayor y sigue descubriéndose. En la teoría de los endosimbiontes, los cloroplastos (plastos) de las plantas y muchas algas descienden de ancestros similares a las cianobacterias; el análisis del ADN moderno respalda esa relación filogenética.
Fotosíntesis y pigmentos
Las cianobacterias realizan una fotosíntesis oxigenada: usan agua como donante de electrones y liberan oxígeno como subproducto. Emplean dos centros fotosintéticos acoplados (fotómetros similares a los fotosistemas II y I de plantas) y sistemas de captación de luz llamados ficobilisomas. Sus pigmentos incluyen clorofila a y ficobiliproteínas como la ficocianina y la ficoeritrina, que les permiten aprovechar una amplia gama del espectro luminoso y, por eso, muchas presentan tonos verdeazulados, azulados o rojizos.
Estructura celular y especializaciones
Existen cianobacterias unicelulares, en cadenas o filamentos, y formas colonialess. Algunas desarrollan células diferenciadas:
- Heterocistos: células especializadas donde se fija el nitrógeno atmosférico (N2) por la acción de la nitrogenasa; se forman para proteger la enzima del oxígeno, que la inactiva.
- Akinetes: células de resistencia que les permiten sobrevivir periodos adversos.
- Vacuolas de gas: en algunas especies, permiten regular la flotación y posicionarse en la columna de agua según la luz y nutrientes.
Su reproducción suele ser por fisión binaria, fragmentación de filamentos o formación de hormogonios en especies filamentosas.
Evolución y registro fósil
Las cianobacterias tienen un registro fósil extremadamente antiguo, con evidencias en estromatolitos que datan de hace al menos 3.500 millones de años. Fueron organismos dominantes en los estromatolitos de los eones Arcaico y Proterozoico, y su actividad fotosintética temprana marcó hitos clave en la historia de la biosfera.
Papel en la oxigenación de la Tierra
La atmósfera primitiva de la Tierra era en gran medida reductora y carecía de oxígeno libre. La capacidad de las cianobacterias para realizar la fotosíntesis oxigenada fue fundamental: sus comunidades, especialmente en estromatolitos, comenzaron a producir oxígeno en cantidades apreciables. Tras cientos de millones a miles de millones de años de actividad fotosintética acumulada, se produjo el llamado Gran Evento de Oxigenación (aproximadamente hace 2.4–2.3 mil millones de años), que incrementó drásticamente el contenido de oxígeno en la atmósfera. Ese cambio ambiental fue lento pero transformador: provocó extinciones entre organismos anaerobios y creó condiciones en las que pudieron evolucionar formas de vida aeróbica más complejas.
Importancia ecológica y efectos sobre el ser humano
Las cianobacterias desempeñan papeles clave en ecosistemas acuáticos y terrestres: producen materia orgánica por fotosíntesis, fijan nitrógeno en ecosistemas pobres en este nutriente y forman asociaciones simbióticas (por ejemplo con líquenes, plantas acuáticas y algunos protistas). Sin embargo, también pueden causar problemas:
- Floraciones nocivas: en aguas eutrofizadas (ricas en nutrientes) las cianobacterias pueden proliferar en exceso formando “bloom” o proliferaciones algales que enturbian el agua y afectan a ecosistemas completos. Muchas especies producen toxinas (como las microcistinas, anatoxinas o saxitoxinas) que perjudican a animales, ganado y personas y requieren tratamiento del agua potable.
- Impacto ambiental: las floraciones reducen la calidad del agua, provocan anoxia local al descomponerse la biomasa y alteran cadenas tróficas.
Usos y aplicaciones
Las cianobacterias tienen aplicaciones biotecnológicas prometedoras: se usan como biofertilizantes (por su capacidad de fijar nitrógeno), en producción de biomasa y compuestos de interés (pigmentos, proteínas, lípidos para biocombustibles), en biorremediación de aguas y suelos y como modelo para la biología sintética (modificación genética para producir compuestos útiles).
Control y prevención de problemas
Para evitar proliferaciones nocivas se recomiendan medidas que reduzcan la entrada de nutrientes (principalmente fósforo y nitrógeno) a lagos y ríos: mejorar el tratamiento de aguas residuales, controlar la escorrentía agrícola, gestionar mejor los fertilizantes y restaurar humedales que actúen como filtros. En caso de floraciones, la monitorización, avisos a la población y tratamientos específicos del agua son necesarios para proteger la salud pública.
En resumen, las cianobacterias son organismos microbianos fotosintéticos de gran importancia biológica y geológica: fueron agentes decisivos en la oxigenación temprana del planeta, mantienen funciones ecológicas actuales esenciales y presentan a la vez riesgos y oportunidades para la sociedad humana.
Estructura de una cianobacteria
O2 en la atmósfera terrestre. Las líneas roja y verde representan el rango de las estimaciones, mientras que el tiempo se mide en miles de millones de años.
"Bloom" de cianobacterias, en un estanque
Detección de luz
Las cianobacterias tienen una forma de detectar la luz. Conrad Mullineaux, de la Universidad Queen Mary de Londres, dijo: "Tiene una forma de detectar dónde está la luz; lo sabemos por la dirección en que se mueve".
"En un limo de estanque unicelular, observaron cómo los rayos entrantes son desviados por la superficie esférica del bicho y enfocados en un punto en el lado más alejado de la célula. Al desplazarse en dirección opuesta a ese punto brillante, el microbio se mueve hacia la luz".
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Preguntas y respuestas
P: ¿Qué son las cianobacterias?
R: Las cianobacterias son un taxón de bacterias que realizan la fotosíntesis. No son algas, aunque antiguamente se las denominaba algas verdeazuladas. Se trata de un filo de bacterias, con unas 1500 especies.
P: ¿Desde cuándo existe el registro fósil de cianobacterias?
R: El registro fósil de las cianobacterias existe desde hace al menos 3.500 millones de años.
P: ¿Cómo era la atmósfera primitiva de la Tierra?
R: La atmósfera primitiva de la Tierra era en gran medida reductora, lo que significa que no contenía oxígeno.
P: ¿Cómo afectó a la atmósfera la presencia de cianobacterias?
R: La presencia de cianobacterias en los estromatolitos les permitió realizar la fotosíntesis y producir oxígeno libre, lo que dio lugar a un proceso denominado Gran Evento de Oxigenación que cambió la atmósfera con el tiempo y acabó con la mayoría de los organismos que no podían vivir en entornos oxigenados.
P: ¿Qué pruebas apoyan la teoría del endosimbionte?
R: La teoría de los endosimbiontes sugiere que los cloroplastos (plástidos) descienden de las cianobacterias y su perfil de ADN aporta pruebas de esta afirmación.
P: ¿Qué les permite hacer la fotosíntesis a las cianobacterias?
R: La fotosíntesis de las cianobacterias les permite producir oxígeno libre en su entorno.
P: ¿Cuánto tiempo tardó en producirse el Gran Evento de Oxigenación tras el inicio de la fotosíntesis? R: El Gran Suceso de Oxigenación tardó unos mil millones de años en producirse tras el inicio de la fotosíntesis por las cianobacterias.
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