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¿Ingenieros nucleares microbianos?


Eduardo Costas/Victoria López Rodas


13/04/2015



El 2 de diciembre de 1942, Enrico Fermi ordena retirar las varillas de  cadmio que absorben los neutrones del reactor nuclear Chicago Pile-1 (CP-1), una parte esencial del Proyecto Manhattan para desarrollar la Bomba Atómica. El reactor se vuelve crítico a las 15:25 y mantiene una reacción nuclear en cadena autosostenible. Los privilegiados asistentes están exultantes sabiendo que han cambiado la Historia. A fin de cuentas han construido el primer reactor nuclear de la Tierra…

Pero en 1956, Paul Kuroda propone una idea sorprendente: los primeros reactores nucleares sobre la Tierra han podido funcionar muchos millones de años antes de que lo hiciera Chicago Pile-1. Estos reactores no habrían sido manofacturados por el hombre. Se trataría de reactores construidos exclusivamente mediante procesos biogeoquímicos naturales. Nadie le hace caso…. 

Microorganismos que capturan uranio. A la izquierda se ven en color rojo (debido a la fluorescencia de su clorofila) cuando empiezan a capturar U. Diez horas más tarde han acumulado tanto uranio en su interior que se han vuelto azuladas por la fluorescencia del uranio capturado.
Microorganismos que capturan uranio. A la izquierda se ven en color rojo (debido a la fluorescencia de su clorofila) cuando empiezan a capturar U. Diez horas más tarde han acumulado tanto uranio en su interior que se han vuelto azuladas por la fluorescencia del uranio capturado.
Sin embargo la predicción de Kuroda se confirma en 1972. Francis Perrin (el “padre” de la bomba atómica francesa) descubrió que en Oklo (Gabón) se habían producido reacciones nucleares en cadena autosostenibles mucho antes de que existiesen seres humanos sobre la Tierra. Desde entonces numerosos estudios han confirmado que hace 1.700 millones de años  (cuando todavía en la Tierra solamente existían microorganismos y aún no había animales ni plantas) funcionaron en Oklo 16 al menos reactores nucleares naturales, durante mas de 100.000 años. En ese tiempo estos reactores liberaron una potencia aproximada de 130 millones de megawatios.

Las reacciones en cadena autosostenibles de Oklo empezaron al inundarse con agua (que actuó como moderador de neutrones) depósitos ricos en uranio. El factor clave para que se iniciase esta reacción fue que el isótopo fisionable (el uranio-235) alcanzaba una concentración próxima al 3 % de la cantidad total de uranio, (una cantidad similar a la utilizada en muchos de los reactores nucleares fabricados por los humanos). En aquel tiempo había mucha mayor riqueza de uranio-235 que hoy en día, pues cada 704 millones de años su cantidad se reduce a la mitad como consecuencia de la desintegración radioactiva.

James Lovelock, -un destacado científico con ideas extraordinariamente innovadoras-, sugirió que los microorganismos podrían haber concentrado el uranio (y otros muchos metales) en Oklo (y, por supuesto, en otros lugares). A pesar del desarrollo tecnológico de la humanidad, incluso hoy en día los microorganismos siguen siendo los principales controladores de los ciclos biogeoquímicos de los principales elementos del planeta. Es bien conocido que en muchas de las minas explotadas por el hombre, los microorganismos tuvieron un papel relevante en la precipitación del mineral.

Operarios microscópicos

El uranio es un elemento ubicuo que aparece disuelto en el agua con mucha frecuencia, debido tanto a causas naturales, como a las actividades de la industria nuclear, la minería, accidentes nucleares, la detonación de bombas atómicas durante la Guerra Fría, almacenamiento de los residuos radiactivos, etc. Y aunque el uranio es una sustancia muy peligrosa (tanto por su toxicidad como metal pesado, como por la radioactividad que emiten algunos de sus isótopos), lo cierto es que los microorganismos tienen una capacidad de adaptación extraordinaria, hasta el punto que en las aguas residuales de las minas de uranio proliferan muchísimos microorganismos (desde bacterias a microalgas).
 
Lo mas sorprendente es que estos microorganismos se han adaptado a las condiciones tan extremas de las minas de uranio en poquísimo tiempo: muchas de estas minas apenas llevan abiertas unos cuantos años (pues la gran demanda del uranio produjo después de la Segunda Guerra Mundial). Y es que muchos de estos microorganismos tan solo necesitan una única mutación para ser capaces de proliferar rodeados de uranio disuelto.

Es más, estos microorganismos consiguen capturar activamente el uranio que está disuelto en el agua. Como el uranio disuelto en agua es muy tóxico para los seres vivos, estos peculiares microorganismos se defienden acumulándolo en forma de agregados de uranio sólido (el uranio solidificado en forma metálica es mucho menos tóxico que el uranio disuelto en el agua) mediante un complejo proceso enzimático. Finalmente casi todo el peligroso uranio disuelto en el agua acaba precipitado en forma sólida dentro de estos microorganismos. Se dispone así de operarios microscópicos  que permiten limpiar las aguas contaminadas con uranio disuelto y recoger uranio metálico de utilidad en el sector nuclear.

Con semejantes abundancia de mineros e ingenieros nucleres diminutos, es posible que en un futuro próximo encontremos vestigios de mas reactores nucleares tipo Oklo que funcionaron tiempo atrás.

Enrico Fermi falleció en Chicago el 28 de noviembre de 1954. Sus logros científicos, tanto teóricos como experimentales fueron impresionantes. Pero puede que unos simples microbios se le adelantasen en la construcción del primer reactor nuclear del planeta…
 
 

Referencias (para saber más)
 
Baselga-Cervera B, Lopez-Rodas V, García-Balboa C &  Costas E. Microalgae: the first nuclear engineers? Anales de la Real Academia Nacional de Farmacia 79: 634-645  (2013)
 
Cowan, G. A. Natural Fission Reactor. Scientific American 235, 36–47 (1976).
 
Davis, E. D.; Gould, C. R.; Sharapov, E. I. (2014). Oklo reactors and implications for nuclear science. International Journal of Modern Physics E 23 (04): 1430007.
 
García-Balboa C, Baselga-Cervera B, García-Sanchez A, Igual JM, Lopez–Rodas V & Costas E. Rapid adaptation of microalgae to bodies of water with extreme pollution from uranium mining: An explanation of how mesophilic organisms can rapidly colonise extremely toxic environments.  Aquatic Toxicology 144, 116-123 (2013)
 
Kuroda, P. K. (1956). "On the Nuclear Physical Stability of the Uranium Minerals ". Journal of Chemical Physics 25 (4): 781–782; 1295–1296.
 
Meshik, A. P. (November 2005). "The Workings of an Ancient Nuclear Reactor ". Scientific American.


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Eduardo Costas/Victoria López Rodas
Eduardo Martínez de la Fe
Eduardo Costas y Victoria López Rodas son Catedráticos de Genética en la Universidad Complutense de Madrid, donde llevan casi 30 años investigando juntos en genética evolutiva y biotecnología. Han publicado mas de 200 artículos científicos, diversos libros, y dirigido mas de 100 proyectos de investigación básica y aplicada, transfiriendo tecnología a diversas empresas (Iberdrola, Acciona…), desarrollando patentes, aplicaciones industriales y promoviendo empresas de base tecnológica. Han dirigido 25 tesis doctorales –varios de sus discípulos hoy son profesores en universidades Norteamericanas-. Convencidos de que la ciencia y la educación son claves para mejorar la vida cotidiana, intentan hacer una divulgación científica divertida.