Optimizando las condiciones térmicas e de irradiancia para aumentar la producción de oxígeno en Tetradesmus bajacalifornicus

Por qué importan estas diminutas células verdes para el aire del futuro

A medida que las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera alcanzan niveles récord, los científicos buscan “máquinas” vivas capaces de extraer este gas del aire y convertirlo en algo útil. Un candidato prometedor son las microalgas: células verdes microscópicas que usan la luz solar para crecer, liberan oxígeno y acumulan biomasa que puede convertirse en alimento, combustible u otros productos. Este estudio explora cómo lograr que una microalga poco conocida llamada Tetradesmus bajacalifornicus produzca la mayor cantidad posible de oxígeno y biomasa ajustando con cuidado dos factores cotidianos: la luz y la temperatura.

Microalgas pequeñas con gran potencial

Tetradesmus bajacalifornicus es una microalga de rápido crecimiento y resistente que tolera condiciones adversas y niveles elevados de dióxido de carbono. Trabajos previos mostraron que puede sintetizar compuestos valiosos con actividad antioxidante y antimicrobiana, acumular aceites útiles para biocombustibles y prosperar donde otros organismos podrían tener dificultades. Eso la hace atractiva para futuras granjas de captura de carbono y biorrefinerías. Pero hasta ahora nadie había examinado de forma sistemática cómo las combinaciones de intensidad lumínica, temperatura y la duración de la exposición térmica afectan su capacidad para producir oxígeno, un indicador directo del rendimiento fotosintético y del crecimiento.

Encontrando el punto óptimo de luz y calor

Para buscar las mejores condiciones, los investigadores usaron un montaje sensible llamado fotorespirómetro, que registra cuánto oxígeno liberan las algas a la luz y cuánto consumen en la oscuridad. Probaron una amplia gama de niveles de luz y temperaturas que imitan las de reactores interiores con iluminación artificial. Con un enfoque estadístico construyeron una superficie de respuesta—una especie de mapa topográfico—que muestra cómo la producción de oxígeno sube o baja al cambiar conjuntamente la luz y la temperatura. El mapa reveló un pico claro: alrededor de 38 °C y con una intensidad lumínica fuerte, la microalga alcanzó una tasa de producción de oxígeno muy alta, comparable a algunas de las mejores cepas industriales. En términos sencillos, más calor y más luz generalmente significaron más oxígeno, hasta cierto punto.

Cuando “demasiado calor” rompe el sistema

Sin embargo, lo que parece óptimo en una prueba breve puede fallar a lo largo de días. Cuando los cultivos se mantuvieron a esta alta temperatura de forma continua bajo luz intensa, declinaron rápidamente. En solo tres días, los indicadores de salud fotosintética cayeron en picado y los cultivos colapsaron. El problema radica en la sensibilidad térmica de la maquinaria fotosintética, en particular una proteína central del complejo que separa el agua y libera oxígeno. El sobrecalentamiento prolongado daña esta proteína, provoca acumulación de subproductos dañinos y sobrepasa los sistemas de reparación naturales de las células. Como resultado, las algas ya no pueden mantener una alta producción de oxígeno ni crecer bien, a pesar de que las condiciones fueran ideales para un rendimiento pico a corto plazo.

Usar pulsos térmicos diarios en lugar de estrés constante

Para resolver este desajuste entre rendimiento inmediato y supervivencia a largo plazo, el equipo probó “pulsos térmicos” diarios. Mantuvieron los cultivos a una temperatura cómoda la mayor parte del tiempo y solo los elevaron a la temperatura alta que mejora el rendimiento durante una, dos o tres horas al día. Una hora diaria de calentamiento resultó beneficiosa: la biomasa aumentó aproximadamente un octavo en comparación con cultivos que nunca experimentaron el breve calentamiento, sin causar daños persistentes. Sin embargo, pulsos térmicos más largos superaron la capacidad de respuesta de las células. Con dos y tres horas diarias de estrés, la producción de oxígeno disminuyó y, con la exposición más larga, los cultivos acabaron colapsando. Los investigadores también evaluaron calentamientos más moderados a 29 °C y 34 °C hasta cuatro horas. A 29 °C, las algas toleraron bien el calentamiento prolongado, manteniendo su producción de oxígeno; a 34 °C resistieron bien cerca de una hora, pero exposiciones más largas provocaron un declive perdurable.

Diseñar granjas de algas más inteligentes

Estos hallazgos transmiten un mensaje claro para la futura captura de carbono y producción de biomasa basada en algas: la temperatura no es solo cuánto calor, sino también durante cuánto tiempo. Breves ráfagas de mayor calor y luz pueden aprovecharse como un ejercicio controlado que aumenta la productividad, mientras que el estrés constante o excesivo resulta destructivo. Para reactores cerrados e interiores con iluminación artificial, debería ser factible programar tanto la intensidad lumínica como el calendario de pulsos de calor para mantener a las algas cerca de su punto óptimo. En sistemas abiertos o al aire libre, donde el sol y la temperatura son más difíciles de controlar, será crucial elegir especies robustas como Tetradesmus bajacalifornicus y planificar cuidadosamente el diseño y la ubicación de los reactores. En conjunto, esta microalga surge como una candidata sólida para regiones cálidas y soleadas, donde podría ayudar a convertir el exceso de dióxido de carbono en oxígeno y biomasa útil—siempre y cuando se respeten sus límites térmicos.

Cita: Villaró-Cos, S., Cerdá-Moreno, C., Viviano, E. et al. Optimising thermal and irradiance conditions for enhanced oxygen production in Tetradesmus bajacalifornicus. Sci Rep 16, 11301 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41958-6

Palabras clave: microalgas, producción de oxígeno, estrés por temperatura, fotobiorreactores artificiales, captura de carbono