CICLO DE NITRIFICACION AVANZADO EN EL ACUARIO DE AGUA DULCE

El nitrógeno es un componente fundamental de los seres vivos, en los que aparece formando sobre todo parte de los grupos amino de las proteínas. El nitrógeno se mueve en la naturaleza en un ciclo de oxidorreducción en el que la mayor parte de las reacciones son desarrolladas por microorganismos, siendo pues clave su importancia.

1. Fijación del nitrógeno:

El nitrógeno gaseoso (N2) es el principal componente de la atmósfera terrestre, representando alrededor de un 78 % del total de los gases atmosféricos. La atmósfera es pues el principal reservorio de este elemento, debido a que el N2 es desde un punto de vista termodinámico la especie más estable del nitrógeno. El triple enlace que une ambos átomos de nitrógeno necesita de una gran energía para romperse, y sólo unos cuantos microorganismos pueden utilizarlo de forma directa recurriendo a una reacción química denominada de fijación del nitrógeno. La reacción química global es:

N2 + 8H+ + 8e- ' 2NH3 + H2

En este proceso se reduce pues el nitrógeno a amoníaco, y éste será empleado luego para elaborar compuestos orgánicos. Esta reacción es catalizada por el complejo enzimático de la nitrogenasa, compuesto por dos enzimas: Dinitrogenasa y dinitrogenasa reductasa. La dinitrogenasa reductasa se encarga de transferir electrones a la dinitrogenasa, que unida a un cofactor de hierro y molibdeno reduce luego al N2 mediante una serie de reacciones aún no conocidas. Para que esta reducción tenga lugar es necesaria la ausencia de O2, incluso en organismos aerobios, pues este gas inactiva la nitrogenasa. Otras bacterias fijadoras de nitrógeno pueden usar nitrogenasas alternativas en medios pobres en Mo.

2. Asimilación:

Una vez fijado el nitrógeno en forma de amoníaco, los microorganismos lo usan para elaborar por aminación directa aminoácidos primordiales, sobre todo glutamato y alanina, merced a las enzimas glutamato deshidrogenasa y alanina sintetasa. En condiciones de bajas concentraciones de NH3 entra en juego la glutamina sintetasa, que sintetiza glutamina y a partir de ésta glutamato. Es una enzima mucho más afín por el amoníaco que las dos antes nombradas, pero consume la energía de un ATP en su reacción. Ahora, a través de la cadena alimentaria el nitrógeno irá llegando a todos los seres vivos.

3. Amonificación:

El nitrógeno desempeñará ahora su función en los organismos dentro de las diversas moléculas orgánicas. Los diversos procesos catabólicos dentro de los seres vivos y la descomposición de biomasa llevada a cabo por diversos microorganismos irá descomponiendo estas moléculas hasta dejar de nuevo libre el nitrógeno en el medio en forma de amoníaco. Este proceso se conoce de forma general como amonificación.

Diversas reacciones corporales, mayormente la descomposición de aminoácidos y de bases nitrogenadas, producen la liberación de moléculas de amoníaco. Éste es un compuesto muy tóxico para la gran mayoría de los organismos, que o bien lo excretan directamente (animales amoniotélicos) o lo usan para sintetizar otros compuestos menos tóxicos, urea o ácido úrico sobre todo, que son los que más tarde serán excretados (animales ureotélicos y uricotélicos respectivamente). Veamos a qué grupo corresponden los distintos animales de acuario:

-Peces de agua dulce: Son amoniotélicos, a pesar de que excretan también algo de urea con la orina. Los peces de agua dulce son hiperosmóticos respecto al medio, de forma que tienden a ganar agua por ósmosis. Solucionan este problema eliminando de forma continua gran cantidad de orina. este flujo de líquidos hacia el exterior les permite ser sin dificultad amoniotélicos, ya que se pueden librar del amoníaco antes de que llegue a concentraciones tóxicas. Eliminan además mucho amoníaco por las branquias, bien por difusión directa en forma gaseosa (NH3) o en forma de ión amonio (NH4+). El ión amonio es usado en las bombas de captación activa de Na+ ; por cada ión de sodio captado se elimina uno de amonio, y de esta forma se evita el que haya grandes desequilibrios eléctricos en el cuerpo del animal.

-Invertebrados de agua dulce: Al igual que los peces, son amoniotélicos. Sus mecanismos de eliminación del amoníaco son parejos a los de los peces. En las branquias de los crustáceos de agua dulce se han descrito bombas de captación de sodio similares a las presentes en peces.

-Invertebrados de agua salada: Son amoniotélicos. Debido a que son isosmóticos con el medio marino eliminan la mayor parte del amoníaco por difusión simple. El amoníaco difunde con mucha facilidad a través de las membranas celulares, y por diferencia de concentración con respecto al agua de mar tiende a salir del cuerpo de los animales.

-Peces de agua salada: Son ureotélicos parciales. Son hiposmóticos con respecto al medio. Se acepta de forma general que esto se debe a que los teleósteos actuales evolucionaron a partir de peces de agua dulce adaptados secundariamente a la vida marina. Como tienden a perder agua, no les favorece el tener una gran concentración de sales en el cuerpo. De esta forma tienden a fabricar más urea en su hígado para evitar la carga del NH4+. La urea la excretan con la orina, y el amoníaco por difusión a través de las branquias.

La urea da lugar en el medio a dos moléculas de NH3 y una de CO2. Así pues, finalmente está el amoníaco libre en el medio, sea en forma de NH3 o de NH4+.

4. Nitrificación:

El amoníaco libre en el medio puede ser usado por muchos microorganismos y plantas como fuente de nitrógeno. En medios alcalinos se puede liberar a la atmósfera en forma de amoníaco gaseoso. Y por último otra gran parte del amoníaco sufre un proceso de nitrificación. La nitrificación es un proceso en el que el amoníaco se oxida a iones

nitrato: NH4+ ' NO3-

Es una reacción que tiene lugar en dos pasos. La nitrificación es llevada a cabo por microorganismos aerobios quimiolitoautótrofos, que usan estos compuestos como dadores de electrones para a través de un complejo de citocromos bombear al espacio periplásmico protones, que usarán luego en la síntesis de ATP. La energía almacenada en ese ATP se utilizará luego para generar compuestos orgánicos a partir de CO2.

Hay un primer grupo de bacterias que oxidan el amoníaco a nitrito en una reacción catalizada por la enzima amoníaco monooxigenasa,

NH3 + O2 + 2H+ + 2e- ' NH2OH + H2O

Posteriormente la hidroxilamina oxidorreductasa oxida la hidroxilamina a nitrito,

NH2OH + H2O ' NO2- + 5H+

Otro grupo de bacterias se encarga ahora de oxidar los nitritos a nitratos usando la nitrito oxidorreductasa,

NO2- + H2O ' NO3- + 2H+

La cantidad de energía que obtienen estas bacterias a partir de estos procesos es bastante baja, de ahí que sean especies con crecimiento lento.

5. Desnitrificación:

Una gran cantidad de organismos pueden usar el nitrato producido por el proceso anteriormente descrito como fuente de nitrógeno. Muchas bacterias pueden usarlo también como aceptor de electrones en la respiración anaerobia de la materia orgánica y como fuente de oxígeno, en un proceso de reducción del nitrógeno que finaliza con la liberación a la atmósfera de N2 (o, menos comúnmente, de NO o N2O), proceso conocido como desnitrificación.

La enzima que inicia estas reacciones es la nitrato reductasa, una enzima de membrana que incluye Mo en su estructura y que se ve inhibida en presencia de O2. Esta enzima reduce el nitrato a nitrito. Luego el nitrito continúa un proceso de reducción que lo transforma en óxido nítrico (nitrito reductasa), óxido nitroso (óxido nítrico reductasa) y finalmente nitrógeno gas (óxido nitroso reductasa),

NO3- ' NO2- ' NO ' N2O ' N2

Otras bacterias autótrofas usan el mismo nitrato como fuente de energía, usando la acumulada en los enlaces N-O, pero sin aprovechar el oxígeno que se libera. La reacción en este caso es

2NO3- + 5H2 ' N2 + 4 H2O + 2OH-

Y así, con el retorno al nitrógeno gas, se cierra el ciclo del nitrógeno. Las verdaderas bacterias desnitrificantes realizan todo este proceso. Sin embargo muchas bacterias anaerobias facultativas (enterobacterias sobre todo) poseen únicamente la nitrato reductasa y sólo son capaces de realizar la reacción

NO3- + 2H+' NO2- + H2O

A partir de aquí usan el nitrito como aceptor de electrones, y así al reducirse y eliminar H2 del medio citoplasmático favorece una reacción fermentativa propia de estas bacterias que transforma acetilfosfato en acetato (o butirilfosfato en butirato), captando el Pi que se libera una molécula de ADP para transformarse en ATP.

ENTRADA DE NITRÓGENO EN EL ACUARIO

Ya vimos cómo eran diversos microorganismos los que podían asimilar el nitrógeno atmosférico transformándolo en parte de sus organismos. Este nitrógeno puede ahora pasar a individuos superiores a través de relaciones de simbiosis (como las que se dan en las raíces de muchas plantas) o directamente a través de la cadena alimentaria.

En los acuarios sin embargo la entrada de nitrógeno atmosférico por vías "naturales" está muy limitada. Podemos encontrar por ejemplo muy diversos tipos de cianobacterias, tanto de agua dulce como marinas. Muchas de éstas presentan en sus colonias algunas células especiales llamadas heterocistes, con un citoplasma anaerobio que contiene el complejo enzimático de la nitrogenasa (que, como ya vimos, sólo es funcional en ausencia de O2).

Podemos destacar aquí al organismo Anabaena azollae. Esta cianobacteria vive en simbiosis con diversos helechos acuáticos flotantes del género Azolla (Fam. Salviniaceae), a los que proporciona el nitrógeno en forma de NH3. Una especie de este género, Azolla caroliniana, era antes muy empleada como planta flotante en acuarios de agua fría y estanques de pequeñas dimensiones, aunque hoy en día prácticamente ya no se usa.

Sin embargo no deja de ser muy atrevido el asegurar que el nitrógeno que entra al acuario por estos medios al ser consumidas las algas o las plantas simbióticas tenga un papel relevante. De esta forma, la principal vía de entrada de nitrógeno en los acuarios la constituye el alimento de los peces. El alimento seco en escamas con el que se alimentan la inmensa mayoría de los peces de acuario contiene entre un 43 y un 47 % de proteínas, según la marca, y son éstas las que usan los peces para obtener el nitrógeno que necesitan.

El abono utilizado en acuarios holandeses suele incluir NO3- como fuente de nitrógeno para las plantas. El usado para plantas en acuarios de peces no lo incluye, pues ya lo obtienen las plantas a partir de los residuos metabólicos de los peces.

Muchos de los pólipos que viven en acuarios de arrecife poseen unos dinoflagelados simbióticos (las zooxantelas) que les proporcionan muchas de las sustancias nutritivas que utilizan. Sin embargo otras deben obtenerlas del medio depredando sobre el plancton. Así, y aunque en un acuario de arrecife no se suministra "alimento" de la forma que se entiende en un acuario de peces (a menos que también haya peces, claro está), sí se suministra con regularidad plancton para alimentar a los corales (nauplios del crustáceo branquiópodo Artemia salina, normalmente), y por aquí entra el nitrógeno.

NITRIFICACIÓN EN EL ACUARIO

El principal factor que permitió en gran desarrollo moderno de la acuariofilia fue el desarrollo de los sistemas de filtrado, como ya vimos. En un acuario un filtro tiene dos funciones principales:

-Eliminar las partículas en suspensión derivadas de restos de comida, heces, plantas... que afean el acuario y generan más residuos con su posterior descomposición (filtración mecánica).

-Eliminar los residuos nitrogenados tóxicos derivados del metabolismo de los animales (filtración biológica). Como ya vimos, en último término es el amoníaco el principal elemento tóxico que se libera al medio.

Los primeros filtros que se construyeron sólo realizaban la primera de estas funciones. Aparecieron primero los filtros de esponja, con una esponja plástica en contacto directo con el agua, y después los distintos filtros de caja (internos, de mochila...), con la esponja dentro de un recipiente. Los modelos más antiguos (y más simples) funcionan con un compresor de aire: Éste inyecta aire en la base del filtro, y al ascender las burbujas por el tubo de salida arrastran agua, haciendo que circule a través de la esponja. Los modelos posteriores incorporan ya una bomba de agua para realizar esta función con más eficiencia.

La eficacia de estos modelos es bastante relativa y depende del mantenimiento que se les dé. La esponja debe ser limpiada con frecuencia, al menos cada semana, pues de lo contrario se tupe con las partículas que captura y el filtro pierde caudal, además de que las partículas comienzan a descomponerse en la esponja. En un acuario pueden aparecer decenas de especies de bacterias descomponedoras distintas, y abundan sobremanera en esta esponja del filtro. La descomposición es un proceso aerobio, que compite de esta forma con los peces por el oxígeno, y además también se generan más residuos nitrogenados. Sin embargo, cuando estos filtros se usaban adecuadamente suponían una clara ventaja respecto al no tener filtro ninguno, pues de un lado el retirar las partículas orgánicas del agua y de otro la oxigenación extra que se conseguía con la agitación causada por el retorno del filtro favorecía la supervivencia de los peces.

Cuando se interpretaron las reacciones del ciclo del nitrógeno en los acuarios y se descubrió el importante papel que podían jugar las bacterias nitrificantes, los fabricantes de filtros comenzaron a pensar en ellas.

Las principales bacterias implicadas en la nitrificación en medios acuáticos son: Para la reacción NH3 ' NO2- Nitrosomonas europaea en agua dulce y Nitrosococcus oceanus en agua salada; y para la reacción NO2- ' NO3- Nitrobacter winogradskyi en agua dulce y Nitrospira oceanus y Nitrobacter agilis en agua salada. Pertenecen todas a la familia Nitrobacteriaceae, compuesta de bacilos y cocos gram negativos, aerobios e inmóviles, por lo que se comprendió que estas bacterias, para ser eficaces, necesitarían de una corriente abundante de agua que les proporcionase nutrientes y oxígeno y de un medio adecuado para crecer sobre él.

El primer filtro biológico, el filtro de placas, apareció en los años 50, y fue una auténtica revolución. Este filtro consiste en una placa de plástico finamente perforada que recubre todo el fondo del acuario y que está recubierta por el sustrato, conectada con la superficie por una o más chimeneas, según su tamaño. Estas chimeneas poseen algún mecanismo (nuevamente o las burbujas o una bomba de agua) que devuelve el agua al acuario. Así crean una succión que hace que el agua pase a través de la arena del fondo hasta la placa perforada, y de ahí a la chimenea. Lo que se busca es que haya una corriente de agua que atraviese toda la arena del fondo: de esta forma la propia arena actúa como sustrato para las bacterias nitrificantes, que se ven oxigenadas y nutridas por el agua circulante.

En teoría era un producto sensacional, y desde luego se volvió "indispensable" para todos los acuarios (todavía en América es el tipo de filtro más usado). Pero en la práctica demostró no ser tan eficiente. Para que funcionara a pleno rendimiento era necesario que el acuario presentara la apariencia de un desierto, sin plantas, troncos u otra decoración que entorpeciera el paso del agua a través del fondo. Además, la propia arena actuaba como filtro mecánico, reteniendo las partículas en suspensión, tupiéndose y, por ende, inutilizándose como filtro biológico.

Tuvieron que pasar diez años más para que en 1962 una fábrica alemana de trenes de juguete, Eheim, decidiera diversificar su producción fabricando también filtros para acuarios. Nació así el primer filtro de bote externo, que combinaba la filtración mecánica con la biológica, todo ello dentro de un bote fuera del acuario, con lo que la ganancia en efectividad, facilidad de manejo y elegancia del sistema de filtrado ganó muchísimo.

El filtro de bote se compone de un recipiente que alberga las masas filtrantes y una bomba de agua conectada al acuario por una manguera de entrada y otra de salida. La bomba hace pasar el agua a través de las masas filtrantes (normalmente de abajo hacia arriba) y la devuelve luego al acuario. Las masas filtrantes son: Primero una esponja sintética que retiene las partículas en suspensión. Seguidamente está el filtrante biológico, el medio sobre el que crecerán las bacterias. Para conseguir una gran superficie de filtrado se experimentó con distintos materiales, actualmente predomina el empleo de canutillos o granulado de cerámica ultra porosa, con el que se consigue una superficie de hasta 450 m2 por litro de material filtrante. Finalmente se dispone una última capa de filtrante mecánico de menor tamaño de poro (normalmente algodón sintético, "perlón") que retenga las partículas pequeñas que puedan quedar.

La eficacia de este tipo de filtros es patente siempre y cuando reciban el mantenimiento adecuado. Para empezar, el volumen y el caudal del filtro deben estar en relación con el volumen del acuario. Los filtrantes mecánicos deben limpiarse meticulosamente cada 10-15 días para evitar que disminuya el caudal del filtro, lo que ocasiona invariablemente una pérdida de colonia bacteriana nitrificante. El filtrante biológico debe enjuagarse ligeramente con agua del propio acuario una vez cada dos-tres meses, para librarlo del limo que inevitablemente se acumula a su alrededor. El principal problema que presentan estos filtros es su dependencia de una corriente de agua continua; un apagón prolongado puede destruir toda la colonia bacteriana.

Y para un acuario "normal" este filtro es suficiente para mantener un medio estable. Pero el reto de mantener especies más sensibles a las sustancias nitrogenadas, tales como la gran mayoría de las especies marinas, impulsó la creación de filtros más eficientes, en los que aumentase la cantidad de bacterias sin aumentar innecesariamente el tamaño de la instalación.

El primer filtro "de nueva generación" es el llamado de lecho fluido. Una bomba hace pasar el agua a través de un cilindro que contiene arena; la arena sirve de base a las bacterias nitrificantes, y al ser continuamente removida por la corriente de agua están altamente oxigenadas y nutridas. El problema de este tipo de filtros es que deben contar con un prefiltro muy eficaz que debe ser limpiado a menudo, pues una disminución del caudal que atraviesa el cilindro ocasiona que la arena se apelmace y quede completamente inutilizada.

La auténtica revolución llegó en 1984, con la aparición de los filtros seco-húmedos (o filtros de goteo). Se comprobó que el principal factor limitante del crecimiento de las bacterias nitrificantes era la concentración de O2 disuelto en el agua. Mientras que la concentración de oxígeno en la atmósfera es de 210000 ppm, en el agua dulce es de 12 ppm y en la marina de 7 ppm El filtro seco-húmedo típico, tras hacer pasar el agua a través de capas sucesivas de filtrantes mecánicos y una pequeña cubeta de decantación de lodos, escurre sobre una columna grande de filtrante biológico. Esta agua que gotea alcanza concentraciones de oxígeno cercanas a las del aire, por lo que favorece mucho más el crecimiento de las bacterias nitrificantes. El soporte para las bacterias usado en este tipo de filtros son las llamadas "biobolas": Esferas de plástico con multitud de huecos y de ornamentaciones, que consiguen una gran superficie en poco espacio y que contribuyen así a aumentar el contacto entre el agua y el aire.

Todos estos filtros consiguen eliminar de forma muy efectiva los residuos nitrogenados más tóxicos, de forma que en un acuario maduro las lecturas arrojadas por los test de concentración de amoníaco y nitritos son siempre de cero. El problema está en que conseguir este grado de madurez lleva su tiempo, debido a que como ya vimos las bacterias nitrificantes crecen lentamente, al no obtener mucha energía a partir del proceso de nitrificación... Y la paciencia, la virtud más necesaria en la acuariofilia, no es precisamente abundante entre los acuariófilos noveles. La tendencia en efecto es la de montar el acuario y al día siguiente correr a la tienda a comprar todos los peces, muriendo éstos así víctimas del "síndrome del acuario nuevo". Los nuevos peces comienzan a excretar amoníaco. Una buena parte de éste se evapora gracias al movimiento de agua producido por los filtros, y otra comienza a originar nitritos a medida que se desarrollan las colonias de bacterias nitrificantes. Externamente se ve a través de los test cómo a lo largo de aproximadamente un mes la concentración de nitrito va ascendiendo hasta niveles peligrosamente altos para, en espacio de una semana, caer hasta cero. Entonces podemos suponer que el filtro ya está maduro, aunque probablemente el número de bajas haya sido bastante considerable. Existe otro síndrome, afortunadamente menos frecuente, conocido como síndrome del "pasé por la tienda y eran tan bonitos...", en el que una introducción repentina de un gran número de peces en un acuario ya maduro vuelve a desestabilizar la situación.

Finalmente, a resultas de los procesos de nitrificación, aparecen los nitratos en el acuario. Éstos son mucho menos tóxicos, pero concentraciones elevadas producen un alto grado de estrés en los peces que los predispone a contraer múltiples enfermedades. Así pues, los nitratos también deben ser eliminados. Los nitratos son usados como nutrientes por las plantas, y en acuarios plantados sus niveles siempre serán bajos. Pero en acuarios sin plantas además de acumularse son empleados por las algas que recubren cristales y decoración, razón de más para eliminarlos. El método más efectivo de mantener a raya el nivel de nitratos es el de realizar cambios parciales de agua con regularidad, mejor más frecuentes y de menor cuantía que grandes cambios espaciados en el tiempo. Éstos son siempre aconsejables aunque los niveles de nitratos estén bajos, pues hay otras muchas sustancias cuyos excesos o carencias son en buena parte subsanados por la renovación del agua.

El separador de urea:

La inmensidad del mar diluye todo compuesto tóxico hasta niveles inapreciables (o por lo menos hasta que el hombre comenzó a contaminar de forma masiva), por lo que muchos animales marinos sufren aún con concentraciones de nitrato mínimas, y mueren sin remedio en cuanto los niveles de amoníaco o nitrito se hacen notar. Por otra parte, está el problema de las plagas de algas, siempre difíciles de atajar. De ahí que la preocupación por mejorar los sistemas de filtrado haya sido una constante en la acuariofilia marina. De una de las opciones, la desnitrificación, hablaremos más adelante. Otra opción es eliminar el problema antes de que se produzca, y el separador de urea (también conocido como separador o espumador de proteínas, o más comúnmente por su denominación inglesa de "skimmer") es el encargado de ello.

Un skimmer es una columna en la que entra el agua del acuario y dentro de la cual burbujea aire. El skimmer retira moléculas orgánicas del agua aprovechándose del carácter bipolar de muchas de ellas. Las burbujas de aire presentan una carga electrostática positiva que atrae la parte negativa de estas moléculas y las arrastra en su ascensión, originándose una espuma parduzca y maloliente que se acumula en una cazoleta al uso, de donde puede ser retirada.

La efectividad del separador está íntimamente ligada con las características de las burbujas que produce. Cuanto más y más pequeñas sean y mayor tiempo estén en contacto con el agua a través de la columna, mayor eficacia. Los primeros separadores, aparecidos en los años ochenta, eran muy sencillos, pues únicamente usaban una bomba de aire y un difusor de madera, que produce burbujas más finas que los difusores cerámicos normales, y que también se atasca antes. Actualmente se combinan dos sistemas, el ventury (que enfrenta las entradas de agua y aire al separador para aumentar el tiempo de contacto) y el rotor de agujas (un rotor con forma de cepillo limpia tubos que fracciona enormemente las burbujas de aire) para crear sistemas de enorme efectividad.

DESNITRIFICACIÓN EN EL ACUARIO

Para enfrentarse a los nitratos presentes en acuarios marinos, surgieron al principio reactores químicos a base de resinas sintéticas con microporos que captan los nitratos por adsorción. Una bomba de agua hace pasar el agua a través del recipiente que contiene las resinas. Los modelos más avanzados poseen bombas que inyectan el agua a presión dentro del reactor, mejorando así la capacidad de adsorción. Este tipo de reactores son muy adecuados para acuarios marinos de tamaño pequeño-medio.

Para acuarios mayores, sobre todo para aquellos acuarios con muchos peces en los que la cantidad de nitratos producidos puede ser bastante alta, es conveniente el uso de reactores biológicos de nitratos. Éstos hacen pasar el agua a través de una columna con biobolas que sirven de apoyo para las bacterias desnitrificantes. Hay gran cantidad de especies de bacterias que pueden desempeñar esta función, dominando sobre todas las demás distintas especies de Pseudomonas, tales como P. denitrificans, P. aeruginosa o P. fluorescens. En cada reactor la composición de la colonia bacteriana varía, pero normalmente aparece una mezcla de especies heterótrofas y autótrofas. Como ya se vio, unas usan el nitrato como aceptor de electrones y como fuente de oxígeno y otras como fuente de energía.

Las bacterias necesitan alimento, que según el modelo de reactor se suministra en forma de pastillas o líquidos, e incluso existen biobolas de polihidroxibutirato (un compuesto lipídico de reserva energética) que van siendo poco a poco consumidas por las bacterias. Para que se desarrollen las bacterias requeridas es necesario que el agua presente un cierto grado de anoxia, que se consigue mediante un reactor químico que elimina el oxígeno a la entrada del reactor. Mientras que en los modelos más simples el caudal de agua (y con ello su anoxia) se regula manualmente, en los más avanzados es un medidor redox el que lo hace. El potencial redox requerido oscila entre -250 y -50 mv. Por encima de esta cifra el reactor es colonizado por enterobacterias anaerobias facultativas, de los géneros Serratia y Klebsiella sobre todo, que detienen el proceso de desnitrificación en la primera reacción y producen nitritos en vez de nitrógeno gaseoso. Y por debajo de esos niveles aparecen bacterias anaerobias estrictas que compiten por el alimento con las Pseudomonas y que obtienen su energía a base de reducir los carbonatos y sulfatos del agua del acuario a CH4 y SH2. Algunos de los géneros implicados en estas reacciones son Methanobacterium, Methanococcus, Desulfovibrio o Desulfomonas.

Finalmente, otro tipo de reactor biológico se valía de la bacteria Thiobacillus denitrificans usando como medio azufre elemental. La reacción, en la que el organismo usa el oxígeno del nitrato para oxidar el azufre, es

2 NO3- + 2S + 2H2O ' N2 + 2H2SO4 + 2e-

De esta forma se produce ácido sulfúrico, que consume el carbonato presente en el agua acidificándola y secuestrando el carbonato que necesitan los corales, entre otros, para sintetizar sus exoesqueletos. Para evitar este problema se imponía el uso de un reactor de calcio conectado al reactor de azufre. Sin embargo así se producía sulfato cálcico (yeso), que tiende a precipitar y que no puede ser empleado por los animales. Otra forma de paliar la acidificación del agua causada por el sulfúrico es a base de cambios parciales de agua... Pero éstos ya eliminan el nitrato de por sí, por lo que el dinero empleado en el reactor de azufre sólo ha servido para aprender algo de Química.

DOS EJEMPLOS DE SISTEMAS NATURALES

Se podría pensar que no se puede ir más allá en la técnica del filtrado, pero sí se puede. Y la "última moda" consiste precisamente en eliminar el filtro. Los aficionados a lo largo y ancho del mundo experimentan intentando conseguir sistemas "naturales" en los que las reacciones sigan el mismo curso que en los auténticos arrecifes... Arrecifes, porque es en este tipo de acuarios en los que se ensayan este tipo de soluciones, pues los acuarios de peces con todos sus habitantes están "superpoblados" con respecto al mar y representan una situación muy poco realista que difícilmente se puede estabilizar sin ayuda de la técnica. Acto seguido comentaremos dos de estos sistemas:

1. El sistema "Berlín"

Recibe este nombre por la Sociedad Acuariófila de Berlín, cuyos miembros expusieron en 1978 la teoría de este sistema, que sin embargo no pudo ser ensayado hasta principios de los 90. La piedra angular de este sistema la constituyen el skimmer y la "roca viva". "Roca viva" es el nombre que reciben las rocas usadas como base en la construcción de la decoración de los acuarios de arrecife. El nombre les viene de que son rocas extraídas directamente del mar, con toda la biota epilítica asociada incluida; en contraposición a las rocas "muertas", que serían las introducidas directamente en el acuario, carentes de toda cobertura viva. Las rocas vivas se recolectaban en distintos arrecifes a lo largo del mundo causando un grave impacto sobre el ecosistema, pues se llegaba incluso a dinamitar los arrecifes para conseguirlas. Actualmente se recurre a la roca viva "de criadero": Roca muerta que se introduce en el mar hasta que comienza a ser colonizada por los seres vivos.

El fin de la roca viva en el acuario era al principio puramente estético, pues todo el conjunto de algas, pequeños cangrejos, gambas, gusanos y otros animales que la poblaban otorgaban al acuario un aspecto mucho más agradable y natural, pero los ya citados alemanes descubrieron que esta roca tenía las ventajas de actuar como filtro natural. Para empezar, los defensores del método Berlín recomiendan no instalar ningún tipo de filtro biológico en el acuario, y sólo un pequeño filtro mecánico que retire las partículas en suspensión. Esto es porque ven en el filtro biológico, sobre todo en los más potentes, una máquina productora de nitratos que desencadena las plagas de algas y que obliga a la instalación de un desnitrificador para estabilizar el sistema.

La roca viva actúa como un filtro natural merced a su estructura, muy porosa (debido a su origen, volcánico o coralino la mayoría de las veces). Esta estructura porosa actúa igual que un filtrante biológico, otorgándole a las bacterias un punto de apoyo. El acuario que pretenda funcionar con un sistema Berlín debe contar con varias bombas de agua que hagan que ésta circule constantemente alrededor de las rocas, sin que queden zonas estancadas. De esta forma, las bacterias nitrificantes que medran sobre la superficie de las rocas realizan la primera parte del ciclo, y las bacterias desnitrificantes que crecen en el interior anóxico de las rocas la segunda.

Desde luego, este filtraje natural no es capaz de soportar una carga de residuos muy fuerte, de ahí que sea tan importante contar con un buen separador de urea que corte el ciclo desde el principio; y en cuanto mejoró la técnica empleada en los separadores (a principios de los 90) este sistema demostró su efectividad.

2. El sistema "Jaubert"

Así llamado debido a su inventor, el francés Dr. Jean Jaubert. Biólogo marino y gran entusiasta de la acuariofilia marina, se dedicó al estudio de las bacterias nitrificantes y desnitrificantes, desarrollando el sistema que lleva su nombre y adquiriendo por ello gran fama, hasta el punto de ser contratado por el Acuario de Mónaco (del que fue nombrado Director en 1991) para montar muchos de sus acuarios, acuarios cuya espectacular belleza muestra bien a las claras la eficacia de este sistema.

El sistema Jaubert, también llamado filtro de plenum, intenta recrear en el acuario el filtraje natural que se da en lagos eutrofizados, en los que idealmente se distinguen dos capas de agua bien diferenciadas y que se mezclan muy poco: Una superior oxigenada en la que aparecen las bacterias nitrificantes y una inferior anóxica en la que viven las desnitrificantes.

En un acuario con este sistema aparecen, de abajo hacia arriba, primero una rejilla perforada sostenida sobre unos pequeños pilares y que deja una zona de agua libre de unos 3 cm. Sobre esta rejilla se disponen 5 cm de grava coralina gruesa, una capa de tela plástica y otros 5 cm de grava coralina fina (diversos autores proponen modelos alternativos con otro tipo de sustrato y distintos grosores, pero que en la práctica funcionan igual).

El sistema funciona así: Una serie de animales excavadores tipo cangrejos ermitaños, pequeños gobios, caracoles... llamados "janitors" por el Dr. Jaubert se encargan de remover continuamente la capa superficial de arena fina, actuando ésta como base para las bacterias nitrificantes. No pueden sin embargo acceder a la capa de arena gruesa inferior, pues se lo impide la tela que los separa, y de esta forma esta capa de arena y el agua de debajo alcanzan un grado de anoxia que permite el desarrollo de las bacterias desnitrificantes. De nuevo es necesario, como en el desnitrificador, respetar escrupulosamente la estructura del sistema: Con los sustratos y grosores indicados se consigue que en la zona de anoxia haya una concentración de oxígeno de alrededor de 1mg/l. Concentraciones superiores a 1'5 mg/l favorecen el desarrollo de las bacterias desnitrificantes facultativas y con ello la producción de nitritos, y concentraciones inferiores a 0'5 mg/l hacen que se desarrollen las bacterias generadoras de metano y sulfhídrico.

Un sistema Jaubert debe contar también con roca viva abundante (soportada por pilares para que no contacte directamente con la arena impidiendo la acción de los janitors), que ayuda al proceso en su conjunto. Es un sistema muy efectivo y natural, pero que no es apropiado para un recién iniciado en la acuariofilia, pues necesita de mucho tiempo para desarrollarse en la forma correcta.