Investigadores de la Universidad Northwestern están desafiando la visión convencional que se tiene sobre los óxidos de hierro, tradicionalmente considerados como meros «sumideros» de fósforo. Este elemento es un nutriente crítico para la vida, siendo la mayor parte del fósforo en el suelo de origen orgánico, procedente de restos de plantas, microorganismos o animales. Sin embargo, las plantas requieren fósforo inorgánico, el tipo que se encuentra en los fertilizantes, para su alimentación.
Hasta ahora, se pensaba que solo las enzimas de los microorganismos y las plantas podían convertir el fósforo orgánico en su forma inorgánica. Sin embargo, los científicos de Northwestern han descubierto que los óxidos de hierro presentes en suelos y sedimentos naturales también pueden llevar a cabo esta conversión.
Óxidos de hierro como catalizadores
En un estudio reciente, el mismo equipo de investigación ha demostrado que los óxidos de hierro no solo generan una cantidad despreciable de fósforo, sino que actúan como catalizadores increíblemente eficientes, capaces de realizar la conversión a tasas comparables a las reacciones enzimáticas. Este descubrimiento podría ayudar a investigadores y expertos de la industria a comprender mejor el ciclo del fósforo y optimizar su uso, especialmente en suelos agrícolas.
Ludmilla Aristilde, líder del estudio y profesora asociada de ingeniería ambiental en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, enfatiza la importancia del fósforo: «Es esencial para todas las formas de vida. El backbone del ADN contiene fosfato. Por lo tanto, toda la vida en la Tierra, incluidos los humanos, depende del fósforo para prosperar». Sin fósforo, los cultivos que necesitamos para alimentar a nuestra población no crecerían.
Durante siglos, los agricultores han añadido fósforo a sus campos para mejorar los rendimientos de los cultivos. Este nutriente no solo mejora la calidad de los cultivos, sino que también promueve la formación de raíces y semillas. Sin embargo, las plantas han evolucionado para utilizar fósforo en su forma más simple y disponible: el fósforo inorgánico, que pueden consumir e incorporar a su metabolismo con facilidad.
La mayoría del fósforo en el medio ambiente es orgánico, lo que significa que está unido a átomos de carbono. Para acceder a este fósforo, las plantas dependen de las enzimas que secretan, o de las que secretan los microorganismos, para romper los enlaces en el fósforo orgánico y liberar la forma inorgánica utilizable.
Los investigadores de Northwestern han averiguado que los óxidos de hierro pueden desempeñar un papel crucial en este proceso. En su investigación, Aristilde y su equipo estudiaron tres tipos comunes de óxidos de hierro: goethita, hematita y ferrihidrita, analizando sus interacciones con diversas estructuras de ribonucleótidos, que son los bloques de construcción del ARN y ADN. A través de experimentos, encontraron que los óxidos de hierro actúan como «trampas catalíticas», porque catalizan la reacción para eliminar el fosfato de los compuestos orgánicos, pero atrapan el producto fosfato en la superficie mineral.
Este descubrimiento es especialmente relevante en un contexto donde el fósforo es un recurso finito, extraído de rocas fosfóricas que se encuentran principalmente en Estados Unidos, Marruecos y China. La preocupación por el suministro de fósforo es creciente, y los agricultores y científicos temen que su escasez pueda elevar los costos de los alimentos, haciendo que productos básicos sean inaccesibles para gran parte de la población.
La investigación de Aristilde abre nuevas vías para entender cómo optimizar la conversión de fósforo orgánico atrapado en suelos agrícolas en fósforo inorgánico bioavailable, lo que es vital para la seguridad alimentaria global. «Nuestro trabajo proporciona un punto de partida para diseñar y desarrollar un catalizador sintético como una forma de reciclar fósforo», afirma Aristilde, quien ve el potencial de estas investigaciones para contribuir a la producción de fertilizantes y, por ende, a la seguridad alimentaria.
