Asociamos el oxígeno como la especie química sin la cual no es posible respirar. Pero no es así: hay seres vivos que no necesitan oxígeno para su respiración celular. Por eso, los organismos pueden ser clasificados en dos grupos principales: aeróbicos y anaeróbicos.
Los seres vivos aeróbicos dependen del oxígeno para la respiración celular. Utilizan oxígeno como aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones para producir ATP de manera eficiente.
Son organismos aeróbicos la gran mayoría de los animales (humanos, mamíferos, aves, reptiles, anfibios y gran parte de los invertebrados), las plantas (que aunque realizan fotosíntesis para producir oxígeno, también utilizan oxígeno para la respiración celular), la mayoría de los hongos (que necesitan oxígeno para descomponer materia orgánica) y muchos protozoos y algas.
La eficiencia energética de los aeróbicos es superior gracias al uso de oxígeno, permitiendo una producción más elevada de ATP por molécula de glucosa. Los vertebrados, debido a su tamaño, complejidad y actividad metabólica, tienen una alta demanda energética que es difícil de satisfacer únicamente con el metabolismo anaeróbico, que es mucho menos eficiente en la producción de ATP. La respiración aeróbica produce hasta 36-38 moléculas de ATP por molécula de glucosa, en comparación con solo 2 moléculas de ATP producidas por la fermentación anaeróbica.
Pero los anaeróbicos pueden sobrevivir en ambientes donde el oxígeno es letal o escaso, utilizando otros compuestos en su metabolismo como aceptores finales de electrones para obtener energía.
Los organismos anaeróbicos obligados no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno, ya que es tóxico para ellos. Los facultativos pueden sobrevivir tanto en presencia como en ausencia de oxígeno, utilizando respiración aeróbica cuando hay oxígeno y respiración anaeróbica cuando no lo hay.
Por ejemplo, muchas bacterias son anaeróbicas, pero las del género Clostridium es obligado y la Escherichia coli es facultativa.
Muchas arqueas que viven en ambientes extremos, como los metanógenos en el intestino de rumiantes, son anaeróbicas. Algunos protozoos, como los que causan enfermedades como la giardiasis (causada por Giardia lamblia, pueden sobrevivir sin oxígeno.
Muchos anaeróbicos viven en ambientes donde el oxígeno es escaso o inexistente, como el fondo de los océanos, el interior de la Tierra, o en ambientes anóxicos como pantanos y sedimentos marinos.
Los anaeróbicos tienen rutas metabólicas diferentes, como la fermentación o la respiración anaeróbica, utilizando otros compuestos como nitratos, sulfatos o dióxido de carbono como aceptores finales de electrones.
La vida anaeróbica es más antigua en términos evolutivos. Los primeros organismos en la Tierra eran anaeróbicos, ya que la atmósfera primitiva carecía de oxígeno.
Animales invertebrados anaeróbicos facultativos
Como hemos dicho, la mayoría de los animales, incluidos los invertebrados, son aeróbicos porque la respiración aeróbica es más eficiente en la producción de energía necesaria para las actividades celulares. Sin embargo, hay algunos invertebrados que pueden sobrevivir en ambientes anóxicos (sin oxígeno) y utilizar la respiración anaeróbica, al menos temporalmente o en ciertos tejidos.
Por ejemplo, algunos gusanos parásitos son invertebrados anaeróbicos facultativos. Así, el nematodo Trichinella spiralis, causante de la triquinosis, puede vivir en ambientes con poco oxígeno, como el tejido muscular de sus hospedadores, y tiene la capacidad de realizar metabolismo anaeróbico. Otro nematodo, el Ascaris lumbricoides o lombriz intestinal humana, puede sobrevivir en el intestino humano, donde la concentración de oxígeno es baja, utilizando mecanismos anaeróbicos para la obtención de energía.
Anélidos acuáticos como el Lumbriculus variegatus pueden vivir en sedimentos con bajo contenido de oxígeno y utilizar respiración anaeróbica temporalmente.
El mejillón
Entre los moluscos también encontramos organismos de este tipo. Así, el Mytilus edulis o mejillón común puede sobrevivir en condiciones de hipoxia (bajo oxígeno) mediante la fermentación de ciertos compuestos, y el bivalvo Arca zebra puede tolerar ambientes con bajo oxígeno y realizar metabolismo anaeróbico.
Los mejillones poseen enzimas especiales que les permiten realizar la glucólisis, un proceso que descompone la glucosa en piruvato y libera energía en forma de ATP (adenosín trifosfato) sin necesidad de oxígeno. Aunque durante la respiración anaeróbica acumulan subproductos como el ácido láctico y el amoniaco, los mejillones tienen mecanismos para tolerar estas sustancias y evitar que les causen daño. La capacidad anaeróbica de los mejillones es especialmente importante en entornos con bajos niveles de oxígeno, como mareas bajas o zonas con alta contaminación. En estas condiciones, la respiración aeróbica no sería suficiente para satisfacer sus necesidades energéticas.
Numerosos estudios han demostrado la capacidad anaeróbica de los mejillones. Por ejemplo, se ha observado que la tasa de respiración anaeróbica aumenta en condiciones de baja concentración de oxígeno. Además, se ha comprobado que pueden sobrevivir durante varios días en ausencia total de oxígeno.
Por su lado, la Artemia salina es un crustáceo que igualmente puede sobrevivir en condiciones de hipoxia utilizando metabolismo anaeróbico temporalmente.
Adaptaciones y mecanismos
Estos invertebrados suelen habitar en ambientes donde el oxígeno puede ser limitado, como sedimentos marinos, suelos húmedos, o los intestinos de otros animales.
En ausencia de oxígeno, estos invertebrados pueden recurrir a la fermentación para producir ATP. La fermentación produce menos ATP que la respiración aeróbica, pero permite la supervivencia en ambientes anóxicos. Esta fermentación puede producir lactato y etanol, entre otras sustancias.
Su capacidad de tolerar condiciones de hipoxia o anoxia les permite explotar nichos ecológicos donde la competencia por el oxígeno es menor. Han desarrollado estrategias para sobrevivir en ambientes fluctuantes en cuanto a la disponibilidad de oxígeno. Algunos pueden alternar entre respiración aeróbica y anaeróbica según las condiciones ambientales. Muchos tienen adaptaciones fisiológicas que les permiten tolerar periodos prolongados de baja disponibilidad de oxígeno, manteniendo la función celular básica y evitando daños significativos.
