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Oct 30, 2023

El ciclo del fósforo: ¿causa o efecto?

“La vida sería imposible sin fósforo”, comienza un editorial en Nature.

"La vida sería imposible sin fósforo", comienza un editorial en Nature.

Presente en moléculas desde el ADN hasta los lípidos de la membrana y los compuestos que transportan energía en las células, actúa como un nutriente esencial junto con el nitrógeno.El fósforo se mueve a través del medio ambiente en vigorosos ciclos biogeoquímicos , lo que refleja su reactividad química y la intensa competencia de los organismos hambrientos. [Énfasis añadido.]

¿Cómo comenzó este ciclo bio-geo-químico? Los científicos de la Universidad de Cambridge están perplejos acerca de "Cómo la vida y la geología trabajaron juntas para forjar la corteza rica en nutrientes de la Tierra". En su análisis, ven que el elemento fósforo parece haber aumentado en la corteza casi al mismo tiempo que la explosión del Cámbrico. ¿Fue uno la causa o el efecto del otro? No parecía casualidad.

Hace unos 500 millones de años, la vida en los océanos se diversificó rápidamente.En un parpadeo- al menos en términos geológicos -vida transformadadesde simples criaturas de cuerpo blando hasta complejos organismos multicelulares con caparazones y esqueletos.

Ahora, una investigación dirigida por la Universidad de Cambridge ha demostrado quela diversificación de la vida en este momento también condujo a un cambio drástico en la química de la corteza terrestre— la capa superior sobre la que caminamos y, lo que es más importante, la capa que proporciona muchos de los nutrientes esenciales para la vida.

Reiteran, como hemos discutido antes, que el fósforo (P) es un factor limitante en la productividad biológica. A diferencia de los otros elementos vitales más abundantes (C, H, O, N, S), el P debe extraerse de las rocas mediante meteorización química, no en su forma pura, que es explosiva, sino como PO43- (fosfato). Los microbios y las plantas pueden utilizar fosfato inorgánico (Pi). Luego, otros organismos pueden usar las moléculas que contienen fosfato hechas por ellos (fosfato orgánico o Po).

Craig Walton de Cambridge señala que una vez que la vida sea abundante en los océanos, podría comenzar un programa de reciclaje de fósforo.

Cuando estos organismos mueren, la mayor parte del fósforo regresa a los océanos. Esteproceso de reciclaje eficiente es un control clavesobre la cantidad de fósforo total en el océano, que a su vez sustenta la vida, "esnos permite tener toda la vida que vemosa nuestro alrededor hoy, tan comprensivocuando empezó este procesoes realmente clave", dijo Walton.

La Teoría del Oxígeno para la Explosión Cámbrica juega con su modelo, aunque no dice explícitamente que cree que el oxígeno causó el aumento repentino de la vida animal. Sólo señala la interesante correlación.

Pero, todo este poder de reprocesamiento biológicodepende del oxigeno . Esto es lo que alimenta a las bacterias responsables de la descomposición del material orgánico muerto que devuelve el fósforo a los océanos.

Los investigadores piensan queun aumento en el oxígeno alrededor de la época de la explosión del Cámbrico podría explicar por qué aumentó el fósforo en rocas "Si el oxígeno aumentó en ese momento, es posible que hubiera más oxígeno disponible para descomponer la biomasa de aguas profundas y reciclar el fósforo en las regiones costeras poco profundas", dijo Walton.Mover este fósforo de regreso a la tierra significaba que estaba mejor conservado en las rocas que forman los continentes."Esa serie de cambios fue en última instancia responsable de impulsar la actividad de la vida compleja tal como la conocemos", dijo Walton.

El oxígeno, por lo tanto, es un tercer componente esencial en el ciclo del fósforo.

"Es complicado desentrañar la secuencia de eventos:si la vida compleja evolucionó en parte debido al aumento de los suministros de oxígeno y fósforo para empezar, o si de hecho fueron totalmente responsables del aumento de la disponibilidad de ambos, sigue siendo un tema controvertido". Walton y el equipo ahora buscan investigarel desencadenante y el momentode este enriquecimiento de fósforo en la corteza con más detalle.

En resumen, existe una notable interacción de la biología con dos elementos abióticos (oxígeno y fósforo) que sustenta la vida en nuestro planeta. Los científicos de Cambridge no pudieron decidir qué ocurrió primero, cómo se desencadenó el ciclo y cómo se mantuvieron las cosas en equilibrio una vez que se inició el ciclo.

Los organismos tienen mecanismos notables para hacer frente a la limitación de fosfato, como se indica aquí. El editorial de Nature culpa al hombre por estropear el ciclo al extraer fósforo para fertilizante, que a menudo se drena en los océanos, causando la proliferación de algas tóxicas.

ElEl ciclo moderno del fósforo ha sido profundamente entrometido por los humanos. para superar la limitación de fósforo. La mitad del fósforo disponible para los cultivos en suelos agrícolas puede provenir de la aplicación de fertilizantes. El fertilizante es un recurso limitado, a menudoderivado de rocas antiguas compuestas de detritos depositadosdebajo de las zonas de afloramiento marino, y su agotamiento eventualmente conducirá a problemas para la agricultura y otros organismos que dependen de él.

En marzo, la revista Science presentó el libro de Dan Egan sobre el fósforo, The Devil's Element and a World Out of Balance, "una lectura agradable, animada y estimulante", según el crítico Robert W. Haworth, experto en fósforo y el medio ambiente. El manejo inteligente de este elemento crítico será esencial, ya que la escorrentía de fosfato puede contaminar las vías fluviales y agotar los suelos si no se maneja con cuidado. Sin embargo, su reciclaje automático a través de la corteza y la biosfera no se menciona en la revisión. Si el mundo está "desequilibrado" ahora debido a las actividades humanas, ¿cómo se equilibró en primer lugar?

Un comentario de Senjie Lin en Nature Communications explora las complejidades de las respuestas biológicas a la limitación de fósforo, incluidas las interacciones con la acidificación de los océanos, el clima y la fijación de nitrógeno. Lin deja más preguntas que respuestas, pero señala que el fitoplancton difiere en sus respuestas al pH, por lo que se necesita mucha más investigación.

Un hallazgo particularmente interesante sobre el fósforo proviene de la investigación sobre moscas de la fruta. Se encontró un nuevo orgánulo en las células intestinales de las moscas que amortigua el fosfato para mantener la homeostasis. Descrito por Gemma Conroy en Nature, este orgánulo "anteriormente desconocido" "actúa como un reservorio de fosfato, ayudando a regular los niveles del nutriente dentro de las células y desencadenando procesos que mantienen los tejidos cuando escasean".

Conroy cuenta cómo Charles Xu de la Universidad Rockefeller notó algunas estructuras de forma ovalada rodeadas por múltiples membranas que estaban siendo atravesadas por una proteína transportadora de detección de fosfato llamada PXo:

"Estos eran bastante visibles, y nos preguntamos qué eran", dice Xu. Cuando los científicos observaron más de cerca las estructuras misteriosas, vieron que teníanvarias capas de membrana, y la proteína PXo transportaba fosfato a través de ellas . Una vez dentro de los orgánulos desconocidos, el fosfato se convirtió en fosfolípidos, los principales componentes básicos de las membranas celulares.

Cuando las células de mosca se vieron privadas de fosfato, los orgánulosse separó y liberó los fosfolípidos almacenadosen cada celda, lo que indica que funcionan como reservorios, dice Xu.

El artículo de su equipo en Nature muestra microfotografías de estos "cuerpos PXo" y describe cómo almacenan y liberan fosfato inorgánico (Pi).

En los organismos unicelulares, Pi es indicativo de la abundancia de nutrientes ambientales y, en general, apoya el crecimiento y la división celular1.en metazoosSin embargo, la disponibilidad de Pi se ve afectada por la absorción de nutrientes, el metabolismo sistémico y el uso local de Pi, lo que implicaseñalización Pi más compleja . En este estudio, demostramos que la inanición de Pi o la deficiencia de PXo inducen hiperproliferación y diferenciación de enterocitos en el epitelio del intestino medio de Drosophila, lo que podría serun mecanismo compensatoriopara producir más enterocitos capaces de absorber Pi.Dada la escasez de conocimiento sobre la regulación citosólica de Pi en células animales, nuestros hallazgos podrían tener amplias implicaciones y abrir nuevas vías para estudiar el metabolismo y la señalización de Pi..

El sistema para la entrega justo a tiempo de fosfatos desde un depósito equipado con un sensor recuerda nuestra historia sobre la forma en que las células amortiguan y entregan el hemo.

El artículo de Cambridge dice que "la vida y la geología trabajaron juntas para forjar la corteza rica en nutrientes de la Tierra". Desde una perspectiva materialista, eso es una falacia de personificación. Las entidades sin mente no trabajan juntas para forjar algo como un plan corporal animal del Cámbrico o un orgánulo celular con un sensor capaz de amortiguar el fosfato para la entrega justo a tiempo.

Los científicos generalmente desconfían de las explicaciones que dependen de coincidencias afortunadas. En el ciclo del fósforo, la biología y la geología se ven cooperando en cuanto a la sincronización, los desencadenantes, el equilibrio y la homeostasis de las partes esenciales para el funcionamiento de la biosfera. Estos son conceptos ricos en propósito. Si se pretendiera una biosfera funcional, entonces estas realidades observacionales tendrían sentido.