Los isótopos son versiones de un elemento que difieren en sus pesos atómicos. Por ejemplo, la mayoría de los átomos de oxígeno contienen ocho protones y ocho neutrones y están representados por el símbolo O-16.
La fotosíntesis deja una firma química que se explica con isótopos de oxígeno estables, y podrían existir también para muchos procesos biológicos, según un nuevo estudio que se publica en ‘Science’.
«Hemos descubierto un nuevo tipo de bio-firma –afirma el coautor principal Laurence Yeung, profesor asistente de Ciencias de la Tierra en la Universidad Rice–. Demostramos que las plantas y el plancton imparten este tipo de bio-firma en el oxígeno que producen durante la fotosíntesis«. Yeung, quien se unió a Rice en enero, realizó el estudio con colegas de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA), en Estados Unidos.
Los isótopos son versiones de un elemento que difieren en sus pesos atómicos. Por ejemplo, la mayoría de los átomos de oxígeno contienen ocho protones y ocho neutrones y están representados por el símbolo O-16. Más del 99,9 por ciento del oxígeno de la Tierra es O-16, pero existen dos isótopos de oxígeno más pesados: O-17, que contiene un neutrón extra, y O-18, que tiene dos extra.
Los científicos saben que las plantas y los animales a veces procesan isótopos pesados como O-17 y O-18 a un ritmo diferente de O-16. Por ejemplo, cuando las temperaturas del mar disminuyen, corales y moluscos producen carbonato de calcio, la materia prima de los arrecifes de mar y conchas de almejas, que contiene mayores cantidades de isótopos pesados ??de oxígeno. Como resultado, los expertos han utilizado las relaciones isotópicas de los fósiles de carbonato para estimar la temperatura global en el pasado distante.
La mayoría del oxígeno atmosférico existe como O2, moléculas estables que contienen cada uno dos átomos de oxígeno. Debido a que O-16es tan común, la gran mayoría de las moléculas de O2 tiene un peso atómico de 32. Incluso en los casos en que un isótopo pesado está emparejado con O-16, el peso atómico del O2 nunca es mayor de 34.
En el nuevo trabajo, Yeung y sus colegas de UCLA examinaron los isótopos de oxígeno «agrupados», moléculas de O2 que contienen dos isótopos pesados. Estas moléculas, con masas de 35 y 36, son excepcionalmente raras; con menos de un puñado en cada billón de moléculas de O2. Pero los espectrómetros de masas de hoy son lo suficientemente sofisticados para contabilizarlos y permitir a los científicos comparar su abundancia relativa en diversas circunstancias.
«Mediante la medición de la proporción de moléculas de O2 con masas de 36 y 35 y su comparación con las proporciones que deben existir simplemente por casualidad, podemos determinar las firmas isotópicas de reacciones químicas específicas«, dijo Yeung.
Este experto dice que su investigación implica por igual la oceanografía, la química atmosférica y la dinámica cuántica, pero el estudio del comportamiento cuántico de los átomos es la clave para entender cómo se pueden emplear las moléculas de oxígeno pesado isotópicas como un indicador de procesos como la fotosíntesis.
«Una de las cosas que hacen las plantas durante la fotosíntesis es formar O2 -explica–. Hacen esto al final de un proceso de cinco pasos que rompe las moléculas de agua y termina con la formación de una molécula de O2. Hemos encontrado que este proceso produce un menor número de pares agrupados de lo que se predijo por el azar. Argumentamos que esto refleja las preferencias isotópicas de las plantas durante una de las etapas iniciales del proceso».
La firma isotópica se podría utilizar, por ejemplo, para evaluar la salud de los océanos. La fotosíntesis de las plantas microscópicas forma la base de la cadena alimentaria oceánica, pero es difícil medir cómo de productivas son estas plantas en entornos naturales. Yeung adelanta que él y sus colaboradores están examinando si es posible medir la productividad en el océano abierto en base a un análisis isotópico de O2 disuelto en el agua de mar superficial.
«Analizar el oxígeno a través de la lente de los isótopos agrupados nos dará una gran cantidad de nueva información acerca de cómo se forma el oxígeno y es consumido por las plantas», afirma otro de los autores, la doctora Jeanine Ash, estudiante graduada de UCLA. «Estoy muy emocionado por lo que este enfoque tiene para el futuro. Hay muchos otros gases que la biosfera utiliza. Esto es sólo el comienzo«, concluye.
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