La columna de Winogradsky

Todas las formas de vida en la Tierra dependen de reacciones de oxidación y reducción que operan mediante transferencia de electrones. En los sistemas vivos, estas reacciones redox aparecieron originalmente en microorganismos procariotas y forman en la actualidad un verdadero circuito electrónico dentro de la biosfera. Para mantener este circuito vital a nivel planetario se necesita que las sustancias oxidantes y las reductoras estén de algún modo conectadas, permitiendo la continuidad del metabolismo global. Las principales vías de conexión que hacen posible el mantenimiento de este circuito son fundamentalmente de tipo geofísico, como la atmósfera y los océanos. Los organismos intercambian gases y sustancias con el medio ambiente, y la evolución de estas reacciones ha modelado en parte la química de la superficie terrestre.

La columna de Winogradsky es un dispositivo ideado por el microbiólogo ruso Serguei Winogradsky que consiste en un cilindro de vidrio lleno de agua con nutrientes, y con fango depositado en el fondo. Incubando este recipiente bajo la luz solar, o con una bombilla apropiada, se desarrolla con el tiempo una amplia variedad de microorganismos que aparecen en forma estratificada en función del gradiente de gases y de sustancias que ellos mismos crean, formando microambientes oxidantes y reductores a lo largo de la columna. En las zonas inferiores se forman bandas de microorganismos anaerobios (ambiente reductor) y en las superiores crecen microorganismos aerobios (ambiente oxidante).

La progresiva oxidación de la superficie terrestre es análoga a la ordenada formación de capas microbianas que se forma en una columna de Winogradsky de abajo hacia arriba. En ella se desarrollan estructuras espacialmente organizadas que representan la evolución secuencial del metabolismo microbiano y que parecen recapitular los estados de oxidación biogeoquímica de la historia terrestre, desde los orígenes reductores de la Tierra primitiva al actual ambiente oxidante. En este dispositivo, los microorganismos de las capas microbianas se auto-organizan y cada grupo se sitúa en la columna acuosa a lo largo del potencial redox y de productos generados, como el oxígeno, dióxido de carbono, gases nitrogenados y azufrados o el hidrógeno. Mientras que en una columna de Winogradsky el fenómeno ocurre a escala local y en poco tiempo, lo mismo ha sucedido a escala global a lo largo de los tiempos geológicos. En ambos casos las reacciones son inicialmente potenciadas por la energía luminosa y revelan, en distinta dimensión, la importancia de las conexiones redox en el mantenimiento de la vida en nuestro planeta.