Blog original en inglés por Arielle Mensch
Traducido por Mercedes Ruiz
Editado por Gustavo A. Dominguez
¿Estas listo para un pequeño test? Trata de hacer una lista de las cosas que se encuentran en un rio o un lago.
Foto de las cataratas del Niagara, Nueva York.
Imagino que pensaste en peces, algas, plantas y tierra entre otras cosas. Pero hay algo más que las aguas naturales tienen que quizás no se te ocurrió y que es la materia orgánica natural o MON la cual estoy muy interesada en estudiar. Visualmente es muy difícil detectar la MON disuelta en el agua, pero por medio de varios instrumentos científicos lo podemos hacer rápidamente. Por ejemplo, un vaso con agua que contiene MON disuelta y otro sin MON se pueden parecer, pero si observas detenidamente quizás observes un pequeño cambio en la coloración del agua. Aunque no podamos ver la MON fácilmente, hay importantes diferencias en el agua de ambos vasos.
Agua pura (izquierda) versus agua con materia orgánica natural (derecha). A esta concentracion, la materia natural orgánica vuelve amarillenta el agua.
Hay muchos organismos que viven en lagos y ríos (como plantas y peces). Cuando estos organismos se mueren son descompuestos por hongos y bacterias. Entonces puedes pensar en la MON como el producto de la descomposición de los restos de algunos organismos (como hojas, heces, etc.). La MON se encuentra en todos los ecosistemas incluyendo suelos, sedimentos y también suspendida en el agua.
La MON tiene varias funciones importantes en los ecosistemas. Primero, la MON puede ser una fuente de nutrientes para diversos organismos. Por ejemplo, algunos micro-organismos dependen de la MON como alimento, en cuanto algunas plantas la presencia de la MON es un estimulo nutricional. La MON también puede controlar los cambios drásticos de la acidez del agua.
Otra función de la MON tiene que ver con el movimiento de diferentes compuestos químicos a través del medio ambiente. Sin la presencia de la MON algunos metales (por ejemplo plomo, cobre y zinc) y ciertos químicos aceitosos se movilizarían muy lentamente. Sin embargo, los científicos han demostrado que la MON ayuda a los compuestos químicos a movilizarse a través del medio ambiente siendo posible moverse hacia lugares mas distantes.
Si no se considera a la MON, los científicos no podrían predecir como un químico (un metal por ejemplo) entraría en el agua y como se acumularía en el sedimento. Es importante tener en cuenta que la MON ayuda a movilizar a los compuestos químicos a través del agua y es ahí en donde la MON entrara en contacto con varios organismos. Por lo tanto, si la MON deja de ser considerada sería casi imposible predecir como los químicos se comportan en el medio ambiente.
La composición química de la MON es muy compleja y diversa lo que la convierte en un factor importante que influye en el destino de los químicos en el medio ambiente. Los organismos vivos están compuestos mayormente de moléculas orgánicas (contienen carbono). Por lo tanto, los productos de descomposición de estos organismos también son mayormente orgánicos. Esto puede hacer parecer a la MON como una molécula simple. De hecho, la MON es tan compleja que aún nadie ha descifrado la estructura molecular, molécula por molécula. ¿Por qué la MON es tan diversa? La diversidad y complejidad es causada en parte por la diversidad de organismos vivos que se convierten en la MON. Las diferentes plantas y animales que hay en los ecosistemas contribuyen a formar moléculas como celulosa, tanino, cutina, lignina, proteínas, lípidos, y carbohidratos. Aunque estos componentes pueden ser vistos como muy simples cuando están aislados, ellos se pueden polimerizar y juntar formando estructuras más complejas. Como resultado la MON estará compuesta de moléculas más complejas que muy vagamente se asemejan a los moléculas iniciales y lo único que realmente sabemos es que contienen carbono, oxígeno e hidrógeno.
Las moléculas que forman a los seres vivos (plantas, animales, y micro-organismos) se pueden descomponer y unir para formar una mezcla compleja de moléculas químicas que se conoce como materia orgánica natural. La imagen fue modificada de las siguientes fuentes: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
La imagen de arriba es solo un ejemplo de como podría verse una molécula de MON. Como puedes ver es una molécula muy compleja. Por ejemplo hay moléculas con diferente afinidad al agua y otras que son neutrales en un pH natural, mientras que otras pueden tener cargas positivas y otras negativas.
El medio ambiente donde la MON se forma juega un papel muy critico para determinar las propiedades de la MON. Por ejemplo, la muestra de MON de Alaska tendrá propiedades diferentes a la MON de los pantanos de Georgia; estos lugares tendrán diferentes animales y plantas que se descompondrán y producirán diferentes productos de descomposición. La organización llamada La Sociedad Internacional de Substancias Húmicas (International Humic Substances Society en inglés) tiene una colección de muestras representativas de diferentes lugares. Esto permite a los científicos alrededor del mundo trabajar con muestras de MON que provienen de los mismos lugares (¡lo cual es muy impresionante!).
Como mencioné anteriormente, uno de los roles que la MON puede desempeñar es que puede interactuar con diversos materiales liberados al medio ambiente. En el Centro para Nanotecnología Sostenible, nos interesa saber cómo la composición química de los nanomateriales afecta su comportamiento en el medio ambiente, razón por la cual nos tómanos muy seriamente el trabajo de fabricar nanoparticulas con capas muy definidas.
Es muy probable que una nanopartícula entre en contacto con la MON una vez que este en el medio ambiente. Esta nanopartícula podrá entonces ser recubierta con la MON en vez del revestimiento que cuidadosamente pusimos sobre ella. Por eso necesitamos entender los impactos que la MON puede tener en las propiedades de las nanoparticulas y a su vez en los diferentes organismos que las nanoparticulas encuentren. La MON puede cambiar el tamaño y/o la carga asociada de las nanopartículas, los cuales podrían impactar la forma en como las nanoparticulas interactúan con los organismos vivos. Es también posible que la MON pueda ayudar a mantener a las nanopartículas suspendidas en el agua o que se unan y formen partículas más grandes.
La MON puede recubrir la superficie de las nanopartículas, lo que causaría cambios en sus propiedades. Es entonces importante que entendamos cómo las nanopartículas interactúan con los organismos cuando la MON está en presente. Imagen fue modificada de la fuente 9.
Podemos llevar a cabo estos estudios analizando primero el tamaño y la carga en las nanopartículas que sintetizamos en el Centro y luego observamos como las nanopartículas interactúan con los organismos vivos (como las bacterias y pulgas de agua). Primero preparamos una solución de la MON (obtenidas de la Sociedad internacional de Sustancias Húmicas) y luego añadimos las nanopartículas en ella. De esta manera podemos observar si la MON causa cambios en el tamaño o carga en las nanoparticulas e investigar si estos cambios tienen algún efecto en la forma en que aquellas nanoparticulas interactúan con organismos vivos. Actualmente mi trabajo consiste en estudiar las nanopartículas en presencia de la MON con una micro-balanza de cuarzo (describí esta balanza en mi artículo anterior) para observar como las nanoparticulas interactúan con capas dobles de lípidos (una simulación de la membrana celular de los organismos) en presencia de la MON. Si la MON está presente en el medio ambiente, es de suma importancia que nuestros experimentos en el laboratorio reflejen esto para darnos una mejor oportunidad de entender los impactos que las nanopartículas pueden tener en el medio ambiente.
Para mayor información:
USGS – Organic matter in ground water
Para leer el blog original en ingles, presione aquí.
Nano Sostenible 