Eructos bovinos, cambio climático y un nuevo orgánulo celular
El calentamiento de la atmósfera terrestre es un fenómeno global. La concentración de gases de efecto invernadero ha aumentado paralelamente a la temperatura en las últimas décadas. El dióxido de carbono producido por la quema de combustibles fósiles es el más importante de estos gases (425 partes por millón), pero no el único. El metano (CH4) tiene una concentración mucho menor (1.9 ppm), pero su potencia como gas de efecto invernadero es 80 veces mayor que la del CO2. Se calcula que el 30% del calentamiento global es atribuible al metano. Por otro lado, la vida media del metano en la atmósfera es corta (alrededor de una década), por lo que su control produciría efectos beneficiosos mucho más rápidamente que la descarbonización de la producción energética[1].
La principal fuente del metano atmosférico (32-37%) es el proceso de fermentación que se produce en el tracto digestivo de los rumiantes. Estamos hablando de unos 120 millones de toneladas/año. Otras fuentes son el estiércol y los arrozales, ya que el terreno inundado favorece la proliferación de arqueas anaeróbicas y metanogénicas. Los rumiantes, y especialmente la ganadería, serían responsables de un 10% del calentamiento global. Se están investigando formas de reducir las emisiones de metano de estas fuentes, pero sigue siendo necesario conocer mejor cómo se produce la emisión del metano.
El metano de los rumiantes es generado en el rumen o panza, el primer compartimento de su complejo tracto digestivo[2] [Véase Digestión simbiótica: los rumiantes]. En esta cámara conviven bacterias, arqueas, protistas, hongos y virus en un ambiente anaerobio, con muy baja concentración de oxígeno. La fermentación de la materia vegetal, que circula entre el rumen y la boca en el ciclo de la rumia, produce dióxido de carbono, metano y ácidos grasos volátiles (acetato, propionato, butirato) que nutren al animal. El metano, concretamente, es producido por arqueas anaerobias, y se expulsa al exterior a través de la boca y la nariz durante la rumia. Este proceso requiere hidrógeno molecular (H2) que las arqueas combinan con el CO2 para producir metano, agua y energía (Figura 1).
¿Cómo se genera el hidrógeno del rumen? Desde hace algún tiempo se sabe que este gas es producido por protistas ciliados que representan más de la cuarta parte de la biomasa microbiana del rumen. Se suponía que el hidrógeno era producido en unos orgánulos llamados hidrogenosomas, descubiertos en 1973 en el flagelado parásito Trichomonas vaginalis. Los hidrogenosomas, probablemente derivados de las mitocondrias, se han observado en muchos protistas y hongos anaerobios, e incluso en animales. Estos orgánulos permiten la adaptación a la vida anaeróbica utilizando protones (H+) en lugar de oxígeno como aceptores finales de los electrones de alta energía generados en el metabolismo.
Un estudio que acaba de ser publicado en la revista Science por un equipo de investigadores chinos nos permite conocer mucho mejor qué es lo que sucede en el rumen y cómo es generado el hidrógeno que alimenta a las arqueas metanogénicas.
El estudio consistió en la secuenciación de 450 genomas de ciliados del rumen bovino y el análisis de la correlación entre poblaciones de ciliados y emisión de metano en 100 vacas. Se descubrió la existencia de enzimas con actividad hidrogenasa diferentes a las de otros protistas. Estas enzimas contienen hierro, y combinan dos protones (H+) con dos electrones para generar una molécula de hidrógeno. La localización de las hidrogenasas reveló que se encontraban en unos minúsculos orgánulos (126×367 nanómetros) situados junto al cuerpo basal de los cilios[3]. Estos novedosos orgánulos fueron denominados hydrogenobodies (HB), y se distinguen perfectamente de los hidrogenosomas, ya que tienen una membrana simple y no doble, como sucede en estos últimos y en las mitocondrias.
En los HB se localizan también enzimas oxígeno reductasas, que capturan oxígeno y lo combinan en sus centros metálicos con electrones y protones para generar agua. Esto es crucial para mantener el ambiente anaeróbico del rumen, ya que las hidrogenasas y la actividad de las arqueas son muy sensibles a la presencia de oxígeno.
Otro resultado de la investigación reveló que no todos los ciliados contribuían de la misma forma a la producción de hidrógeno. Los géneros Dasytricha e Isotricha, del grupo de los vestibuliféridos, presentan mucha más superficie ocupada por los cilios y por los HB (Figura 2). Consecuentemente, estos organismos producen más hidrógeno y capturan más oxígeno que el resto de los ciliados.
¿Tienen estos resultados aplicación para reducir las emisiones de metano de la ganadería? Es probable que sea así. Los dos géneros de vestibuliféridos y las enzimas de sus HB pueden ser dianas para un tratamiento farmacológico o genético que reduzca la producción de hidrógeno y la emisión de metano por las arqueas. La presencia de otros ciliados con una generación de hidrógeno mucho menor garantizaría que estos tratamientos no perjudicasen al proceso de fermentación, vital para los rumiantes.
Referencias
Xie, F., Chiang, C., Li, Z. et al. (2026). Rumen ciliates modulate methane emissions in ruminants. Science doi: 10.1126/science.adv4244.
Sobre el autor: Ramón Muñoz-Chápuli Oriol es Catedrático de Biología Animal (jubilado) de la Universidad de Málaga.
Notas:
[1] Añadiremos que el metano, junto con el óxido de nitrógeno contaminante, produce ozono en la baja atmósfera, un gas irritante y perjudicial para la salud.
[2] Los alimentos de los rumiantes se procesan en cuatro compartimentos: el rumen, el retículo, el omaso o librillo y el abomaso o cuajar. Este último compartimento corresponde a nuestro estómago.
[3] El cuerpo basal es una estructura cilíndrica ubicada en la base de los cilios y flagelos eucariotas. Funciona como un centro organizador de microtúbulos, y ancla el cilio a la célula.
