Todo comienza en una estrella
Las estrellas son cuerpos celestes compuestos fundamentalmente de hidrógeno, el cual por un proceso denominado fusión nuclear une los núcleos atómicos para formar otros elementos más pesados, de modo que a partir del hidrógeno se forman el resto de los átomos. El elemento más pesado que puede formarse en el interior de una estrella es el hierro, ya que el calor que se requiere para que se formen elementos más pesados no se alcanza de manera normal en el interior de la estrella.
Cuando el hidrógeno casi se ha agotado al convertirse en otros elementos, la estrella se expande y finalmente termina convirtiéndose en una supernova con una explosión que dura unos pocos segundos. Las condiciones de la explosión permiten que se formen elementos aún más pesados como la plata, el oro y el mercurio. Con esta explosión todos los elementos se dispersan por el espacio hasta que nuevamente se unen formando nuevas estrellas o planetas como el que habitamos.
El hierro en los orígenes de la vida en la Tierra
En nuestro planeta, aproximadamente el 90% de la composición del núcleo terrestre es hierro, que se mantiene en estado líquido debido a la alta temperatura que se presenta a esa profundidad. Los depósitos de hierro líquido generan el geomagnetismo terrestre, determinando la localización de los polos magnéticos.
Pero el hierro no solamente se encuentra en el centro de la tierra, las teorías actuales sobre el origen de la vida en nuestro planeta, han propuesto que hace aproximadamente 3 900 millones de años, las sustancias que darían origen a los primeros organismos se encontraban en un “caldo primitivo”, en donde el hierro era parte importante para conservar estos compuestos y finalmente se podrían formar las primeras células. Se sugiere que al paso de unos 1 500 millones de años, algunas bacterias (organismos unicelulares sin núcleo) adquirieron la capacidad de usar la energía proveniente de la luz para construir (sintetizar) sus propias moléculas orgánicas complejas, a partir de las moléculas inorgánicas simples que se encontraban a su disposición, es decir adquirieron la capacidad de realizar fotosíntesis.
Las bacterias con formas avanzadas de la fotosíntesis empezaron a utilizar la energía de la luz para romper moléculas de agua (H2O) y quedarse con algunos de los electrones de esa molécula (poder reductor) que empleaban para la síntesis de sus propias biomoléculas, mientras que el oxígeno contenido en el agua fue liberado a la atmósfera donde empezó a acumularse. El aumento de oxígeno en la atmósfera creó las condiciones para la evolución de un segundo tipo de bacterias que utilizaban el oxígeno para oxidar compuestos orgánicos y obtener energía en un proceso que se denomina respiración aerobia.
Los estudios realizados a la fecha, indican que las bacterias con respiración aerobia se fusionaron con un tipo de organismo unicelular, que si bien era más complejo por ser eucariota (poseía núcleo), no tenía la habilidad de realizar la respiración aerobia, en esta esta fusión, la bacteria se trasformó en el orgánulo respirador de la célula eucariota (es decir la mitocondria), lo que permitiría después la evolución de organismos más avanzados como son los hongos y los animales, incluyendo a nuestra especie.
Posteriormente, este organismo eucariota primitivo, pero ya con mitocondria, habría de fusionarse con el otro tipo de bacteria (el de tipo fotosintético) y esto daría origen a los cloroplastos en organismos como algas y plantas. Con el surgimiento de los organismos vegetales se acentuó la acumulación de oxígeno en la atmósfera, hasta alcanzar su composición actual que permite el éxito de la vida que conocemos.
¿Y qué tiene que ver todo esto con el hierro?
Bueno, para realizar tanto la fotosíntesis como la respiración, las plantas y los animales requerimos que los electrones que tomamos de los compuestos que consumimos, puedan circular por varios sistemas dentro de las células y esto se puede llevar a cabo gracias al hierro. El hierro es un buen conductor de electrones en las células, ya que tiene la capacidad de tomar y donar fácilmente esos electrones en los lugares específicos requeridos, aquí opera eso de que fácil llega, fácil se va.
El hierro y las plantas
El hierro, además puede combinarse fácilmente con otros elementos formando compuestos de diversos tipos. En la mayoría de los suelos, el hierro no se encuentra en una forma en que las plantas puedan absorberlo directamente. En respuesta a este problema desarrollaron mecanismos adaptativos:
Primer mecanismo.- Por sí mismas, las plantas pueden acidificar el medio que rodea la raíz permitiendo que el hierro pueda cambiar a una forma en que su internalización a la planta sea posible.
Segundo mecanismo.- Permite la secreción de compuestos afines al hierro, que lo atrapan y ayudan a acarrearlo al interior de la planta sin tener un efecto tóxico.
Tercer mecanismo.- Es asociarse con microorganismos como son las conocidas “bacterias ferri-reductoras” que modifican el hierro convirtiéndolo a una forma disponible para la planta y se lo proporcionan fácilmente a cambio de habitar cerca de la raíz en donde la planta vierte compuestos orgánicos que le sirven de alimento.
El contenido de hierro en plantas varía desde 3 hasta 11 g por kilo de materia vegetal deshidratada, lo que convierte a las plantas en una importante fuente para la nutrición animal y humana. En altas cantidades el hierro puede ser muy tóxico, por lo que las células deben regular las concentraciones en su interior.
En plantas, la deficiencia de hierro ocasiona la aparición de una tonalidad amarilla de las hojas (clorosis) debido a que ya no es posible producir clorofila de manera óptima, también se presenta un acortamiento en el crecimiento del sistema foliar y radicular, además la acumulación de hierro en las semillas se vuelve escasa y éstas no serán capaces de germinar apropiadamente.
El hierro en nuestro organismo
Los organismos como los seres humanos, debemos ingerir hierro a través de la dieta diaria en cantidades adecuadas, nuestra principal fuente son las carnes rojas magras, verduras de hoja verde como espinacas y acelgas, legumbres como frijoles, lentejas y garbanzos, y frutos secos como nueces, pistaches y almendras. Una vez que el hierro es consumido en la ingesta, se absorbe en el intestino delgado, de donde es transferido directamente al torrente sanguíneo. Cada día se requieren aproximadamente mil millones de átomos de hierro para formar la hemoglobina necesaria para los nuevos eritrocitos en la sangre.
La deficiencia de hierro (anemia ferropénica) es uno de los desórdenes nutricionales más comunes en el mundo, afectando a más de dos mil millones de personas (aproximadamente el 30% de la población mundial), donde en particular riesgo se encuentran las mujeres embarazadas. La organización mundial de la salud advirtió que el porcentaje de mujeres embarazadas que presentan esta deficiencia varía de un 14% en países industrializados hasta un 75% en países en desarrollo, siendo así el único nutriente cuya deficiencia permanece en todo el mundo.
Nuestro cuerpo puede regular la absorción de hierro en el intestino, en respuesta a las cantidades disponibles de acuerdo a la ingesta diaria. Mientras en condiciones normales nuestro requerimiento se encuentra entre 1 y 8 mg diarios, las mujeres requieren 27 mg durante el embarazo y 10 mg durante la lactancia. En los niños recién nacidos, se ha observado que la alimentación basada en lactancia materna, permite una mayor absorción de hierro que cuando la alimentación es a base de formulaciones lácteas.
La ingesta de hierro es el principal tratamiento prescrito para tratar la anemia ferropénica, pero el hierro oral está compuesto principalmente por sales ferrosas con una baja y variable taza de absorción por lo cual se recomienda al menos consumir 80 mg de hierro elemental diarios, lo que equivale a una tableta de 250 mg. En el caso de anemia severa, la transfusión sanguínea ha sido el tratamiento más eficiente.
Lo que falta por saber
Aún con todo el conocimiento que se tiene en la actualidad sobre la importancia del hierro para la vida, falta conocer a fondo cuáles son los mecanismos que utilizamos los seres vivos para mantener niveles óptimos y de este modo también plantear estrategias que permitan mejorar el aprovechamiento de este mineral tanto en el reino vegetal como en el reino animal, sin ocasionar daños al ambiente y permitiendo una disminución de los efectos dañinos de su deficiencia en la salud de la población mundial.
«Lo que ahora sabes, es que el hierro que está en tu organismo, proviene de las estrellas»
Gómez-Caballero J.A. y Pantoja-Alor J. (2003). El origen de la vida desde un punto de vista geológico. http://www.jstor.org/stable/24920377
Juárez-Sans M. et al. (2007). Hierro en el sistema suelo-planta.
http://hdl.handle.net/10045/1845
Organización Mundial de la Salud. 2017. Metas mundiales de nutrición 2025: Documento normativo sobre anemia.
http://www.who.int/nutrition/publications/globaltargets2025_policybrief_anaemia/es/
La M.C. Edith Muñoz Parra, es estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas de la Opción en Biología Experimental, del Instituto de Investigaciones Químico Biológicas (Laboratorio de Ecología Microbiana) de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.