Composición de los seres vivos - Bioelementos

Los organismos somos auténticas "industrias químicas". Esta frase tiene un significado más profundo de lo que, en principio, podría parecer; si pensamos en una fábrica y la analizamos, veremos lo que se esconde detrás: una fábrica está hecha de ciertos materiales y de máquinas, las piezas que realizan sus productos. Además, la fábrica realiza algún tipo de proceso, en general transformando ciertas sustancias (recursos) en otras (productos) para lo cual necesita algún tipo de energía. Esto es también así en el caso de las células (y, por extensión, de los seres vivos), pero aquí aparece la peculiaridad de nuestra naturaleza como fábricas químicas.

Los seres vivos somos capaces de construir nuestras propias estructuras a partir de las sustancias químicas que encontramos en nuestro entorno. Precisamente por eso, es sorprendente observar la gran diferencia que existe entre la composición química de cualquier organismo y la materia inorgánica que nos rodea de la que, al fin y al cabo, hemos tomado los materiales para autoensamblarnos.

Esa diferencia es absolutamente evidente si observamos las sustancias químicas que nos componen, pero en cierto sentido esto es esperable, si tenemos en cuenta que somos máquinas químicas, sistemas que tenemos como modo de funcionamiento la modificación de ciertas sustancias químicas para dar lugar a otras. La diferencia es algo más extraña si en lo que nos fijamos es en los elementos químicos que forman parte de esas sustancias: los organismos no poseemos capacidad para modificar átomos, solo para utilizar unos u otros según nuestras necesidades.

Establezcamos una comparación con las rocas, otro de los elementos naturales que forman parte de nuestro planeta: la composición química de las rocas siempre es una muestra representativa del ambiente química en que se formaron, además de ser tremendamente variable entre los distintos tipos de rocas. Por el contrario, la composición química de los seres vivos es prácticamente igual en todos ellos, y nunca guarda relación con el entorno químico del que forman parte. Esta situación plantea dos preguntas: ¿qué diferencias existen en la composición química de los organismos y la de su entorno? ¿A qué se deben estas diferencias?

En la naturaleza podemos encontrar 92 elementos químicos diferentes. Aunque no es una ley matemática, se puede decir que, aproximadamente, su abundancia es inversamente proporcional a su número atómico (esto es así porque inicialmente solo se generó Hidrógeno, y el resto de los elementos químicos se han ido produciendo a partir de él).

Nuestro planeta, de carácter rocoso, está enriquecido en elementos más pesados, por lo que su composición química es cualitativamente diferente a la del Universo en general, pero los seres vivos somos, a la vez, muy distintos de la corteza terrestre. La primera diferencia llamativa es el escaso número de elementos diferentes que entran a formar parte de los seres vivos, especialmente teniendo en cuenta la gran complejidad que nos caracteriza.

Los elementos químicos que están presentes en la composición de los seres vivos reciben el nombre de bioelementos. La imagen siguiente muestra, dentro de la tabla periódica, cuáles son estos elementos y algunas características significativas respecto a ellos:

• Los bioelementos primarios son Hidrógeno, Carbono, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y Azufre. Son los mayoritarios en los organismos y, además, forman parte de prácticamente todos los compuestos biológicos. Son todos de pequeño tamaño y de carácter no metálico (el Hidrógeno, como sabes, tiene una doble naturaleza en este sentido), lo que les permite formar enlaces covalentes muy difíciles de romper.
• Los bioelementos secundarios (Sodio, Magnesio, Cloro, Potasio, Calcio), por el contrario, forman enlaces iónicos, gracias a que tienen gran facilidad para ceder o captar electrones. En general, no forman parte integral de las biomoléculas, pero son imprescindibles para que muchas de ellas puedan realizar sus funciones.
• Los oligoelementos son elementos químicos que se encuentran presentes en los seres vivos en pequeñas proporciones, pero que son imprescindibles para mantener la vida. Algunos de estos se encuentran en todos los organismos (Manganeso, Hierro, Cobalto, Cobre, Cinc), mientras que otros aparecen en la mayoría de los seres vivos, aunque otros pueden sobrevivir sin ellos (Iodo, Aluminio, Silicio, Boro, Vanadio, Molibdeno).

A la vista de esta relación, está bastante claro que los bioelementos son seleccionados por los organismos de entre los componentes de su entorno, independientemente de la frecuencia con la que aparecen en el ambiente, porque sus características químicas los hacen ideales para cumplir las funciones que los seres vivos deben realizar. En ocasiones, conseguir la cantidad necesaria de algunos elementos es un problema para los organismos, a pesar de lo cual estos elementos no son sustituidos por otros, lo que demuestra su idoneidad. También llama la atención que elementos químicos abundantes y bastante similares a los bioelementos no son apenas utilizados por los organismos, como es el caso del Silicio.

Esta observación nos ha llevado, prácticamente, a responder a la segunda de nuestras preguntas: las características químicas de los bioelementos son idóneas para el desarrollo de las funciones vitales, razón por la cual los seres vivos seleccionan activamente esos elementos de entre todos los que están a su alrededor, a pesar de que otros elementos similares puedan encontrarse en mayor proporción.