8. Ecologia microbiana -...
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Ecología microbiana Ecosistemas microbianos
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Ecología
microbiana
Ecosistemas microbianos
Alguna terminología
Ecosistema: Es la unidad básica ecológica,comprende tanto a los componentes bióticoscomo a los abióticos.
Los ecosistemas de los microorganismos sonmuy distintos desde el punto de vista de sutamaño, ejem: la cavidad bucal, la panzade los rumiantes, la región radical de laplanta, entre otros.
Alguna terminología
Hábitat: Es el lugar o espacio vital quehabita normalmente un microorganismodeterminado, donde se desarrolla ymultiplica.
A cada organismo se le puede asignar por l0menos un hábitat en el que se encuentranormalmente, ejem: sedimento de un lago,el humus de un suelo fértil, la cavidad nasal,
Alguna terminología
Nicho: Hace referencia a una función de laespecie o población de microorganismos.Depende:
Requerimientos nutricionales y fisiológicos.Características genéticas.Capacidades bioquímicas.Características estructurales.Tolerancia a condiciones ambientales.
Habitantes del
ecosistema
Pueden distinguirse dos categorías:
Autóctonos: son propios de un determinadoecosistema (suelo, intestino) y se encuentransiempre en el, su presencia se debe a laafluencia mas o menos constante denutrientes típicos del ecosistema.
Habitantes del
ecosistema
Alóctonos: aquellos cuya presencia se debeal incremento ocasional de la concentraci6nde nutrientes o de un nutrientedeterminado.
Son hasta cierto punto extraños alecosistema y se presentan típicamente deforma transitoria o permanecen en formasde reposo.
Poblaciones, gremios
Es un sistema microbiano, el crecimientocelular forma poblaciones.
Las poblaciones metabólicamenterelacionadas se denominan gremios.
Los conjuntos de agrupacionesinteraccionan formando comunidadesmicrobianas.
Ecosistema microbiano: Suma de todos losmicroorganismos y los factores abióticos deun ambiente partcular.
Poblaciones: Por crecimiento celular.Gremios: Poblaciones metabólicamentedesarrolladas.Comunidades microbianas: Conjunto degremios.
Energía entra en un ecosistema:Luz, C orgánico, Sustancias redu-Cidas: H2, Fe 2+, S, NH3.
El crecimiento depende de los recursosdisponibles y de las condiciones del nicho.
El nicho está determinado por:
� Temperatura� pH� Disponibilidad de agua y O2.� Fuente de E.� C orgánico/inorgánico� Macronutrientes� Micronutrientes
Microambientes
Los microorganismos también habitan lassuperficies de organismos superiores yalgunos pueden, incluso, vivir en el interiorde plantas y animales.
En dichos hábitat, sus poblaciones puedenser muy numerosas y ser muy beneficiosospara la plana o el animal en relación con sunutrición.
El crecimiento de los microorganismos en lanaturaleza depende de los recursosdisponibles y de las condiciones decrecimiento.
Para cada microorganismo existe al menosun nicho, el principal será en el que crecemejor.
Microambiente: Es el lugar del hábitat en elque un microorganismo vive y lleva a cabosu metabolismo.
En una partícula de suelo de 3mm existendiversos microambientes.
Interior: Anóxico (Sin O2)Exterior: Óxico (Con O2).
Los microambientes son temporarios, lascondiciones fisicoquímicas pueden cambiarrápidamente, los microambientes sonheterogéneos.
Niveles de nutrientes y velocidad decrecimiento
Los nutrientes entran en el ecosistema demanera intermitente, los microorganismoshan desarrollado sistemas bioquímicos.
Las condiciones óptimas no se dansimultaneamente , la Vel. crecimiento en elmedio natural es menor que las alcanzadasen laboratorio.Escherichia coli Intestino 12 h
Cultivo 20 mi.
Competencia y cooperación microbianas
La competencia entre microorganismosdepende de:
Incorporación de nutrientesTasas metabólicas inherentesVelocidad de crecimiento
Un hábitat típico albergauna mezcla de diferentesmicroorganismos.
Competencia y cooperación microbianas
Sintrofia: Es una interacción microbiana enla cual existe una colaboración para llevar acabo una transformación determinada, queo podrían realizar por si mismos.
Metabolismos complementarios: Es unacooperación metabólica en grupos demicroorganismos. Ejem: Bacteriasnitrosificantes y nitirificantes, se combinanpara oxidar el NH3 a NO3.
Crecimiento en biofilms
En el microambiente de una superficie, lasconcentraciones de nutrientes pueden sermuy superiores a las de toda la solución.
Los biofilmes son microcolonias revestidas decélulas bacterianas adosadas a unasuperficie mediante polisacáridos adhesivosexcretados por las propias células.
Estos biofilmes atrapan nutrientes para elcrecimiento de las poblaciones microbianas.
Ayudan a impedir el desprendimiento de lascélulas que crecen sobre las superficiesexpuestas a corrientes de líquido.
Ejem: La Pseudomona aeruginosa esnotable formadora de biofilmes
Ambientes terrestres
El crecimiento microbiano también tienelugar en la superficie de las partículas delsuelo, normalmente en la rizosfera.
Incluso un pequeño agregado de suelocontiene microambientes muy diferentes,por tanto, podrían encontrarse diferentestipos de microorganismos.
El agua es un componente del suelo quepresenta gran variabilidad.
El agua permanece en el suelo de dosmaneras:
Por adsorción sobre las superficies.Como agua libre formando láminas opelículas entre las partículas del suelo.
Solución del suelo: Es una mezcla de agua ysuelo, que contiene diversos materialesdisueltos.
Microbiología de la superficie profunda
En la subsuperficie, existen microorganismos,principalmente bacterias.
Incluyen:Anaerobios estrictos.Anaerobios facultativos.Bacterias sulfato reductoras.
Microbiología de la superficie profunda
En la subsuperficie, existen microorganismos,principalmente bacterias.
Incluyen:Anaerobios estrictos.Anaerobios facultativos.Bacterias sulfato reductoras.
Ciclos biogeoquímicos
Es el resultado del conjunto de los procesosbiológicos y químicos durante el reciclado deelementos esenciales (C, S, N, Fe) de lossistemas vivos.
Estos ciclos implican reacciones de oxidación-reducción, a medida que el elemento sedesplaza a través del ecosistema.
Ciclos del Carbono
El Carbono circula por todos los reservoriosde la tierra que lo contienen:
La atmósfera.El medio terrestre.Los mares y otros ambientes acuáticos.Sedimentos y rocas.Biomasa.
Reservorios de Carbono
El mayor reservorio de carbono loconstituyen las rocas y sedimentos de lacorteza terrestre.
El C orgánico se encuentra en las plantasterrestres, representa el C de los bosques, ypraderas, son el principal lugar de fijaciónfotosintética de CO2.
También el humus, mezcla compleja demateria orgánica, contiene C orgánica.
Importancia de la fotosíntesis
La única vía importante de producción decarbono orgánico nuevo, procede de lafotosíntesis y de la quimiosintesis (fijación deCO2 por quimiolitotrofos).
Los organismos fototróficos se encuentran enla base del ciclo del carbono, hábitats dondehay luz disponible.
Importancia de la fotosíntesisImportancia de la fotosíntesisLos organismos fototróficos oxigénicospueden dividirse en:
Plantas superiores: Predominan enambientes terrestres.Microorganismos fototróficos: sintetizadores de los ambientes acuáticos.
Fotosíntesis: CO2 + H20 (CH2O) + O2
El CH2O representa la materia orgánica enestado de oxidación de material celular(polisacáridos).
Los microorg. fototróficos levan a cabo larespiración, en presencia de luz como enoscuridad.
(CH2O) + O2 CO2 + H2O
El ciclo del C se cosntruye a partir delequilibrio neto de la tasas de fotosintesissobre la tasa de respiración.
Descomposición
El C fijado fotosintéticamente es degradadofinalmente por varios organismos. Seobservan dos estados de oxidación del C:
Metano (CH4): se produce por la actividadde los metanógenos.
Diox. De C (CO2): por diversosmicroorganismos mediante fermentación,respiración aeróbica o anaeróbica.
Ciclos del Nitrógeno
El N2 constituye básico del protoplasma seencuentra en varios estados de oxidación.
Los principales procesos de transformaciónmicrobiana del nitrógeno:
NitrificaciónDesnitrificación
El N2 gaseoso es la forma mas estable, elreservorio más importante esta en laatmósfera.
La gran cantidad de E necesaria pararomper el enlace N-N, significa la reduccióndel N2.
Un número de microorganismosrelativamente reducido puede utilizar N2en el proceso de fijación de nitrógeno.
Desnitrificación
Es el proceso de conversión de nitrato anitrógeno gaseoso, es el prinicpal procesobiológico de formación de N2.
La desnitrificación puede ser perjudicial,pues elimina el Nitrógeno fijado delambiente.
Resulta beneficiosa, en el tto de aguasresiduales, donde se elimina el nitrato.
Flujo de amoniaco y nitrificación
El amoniaco se produce durante ladescomposición de os compuestos orgánicosde nitrógeno como aas y nucleótidos.
En los suelos, una parte del amoniaco,liberado por descomposición aeróbica esreciclado y convertido en aas por plantas ymicroorganismos.
Flujo de amoniaco y nitrificación
Nitrificación: Es la oxidación de NH3 a NO3,principal proceso, que ocurre con facilidaden suelos drenados a pH neutro por laacción de bacterias nitrificantes.
La nitrificación no es beneficiosa para laactividad agrícola, el nitrato es my solubeen agua y se lava rápidamente en los suelosque reciben mucha agua lluvia.
Ciclo del AzufreEl azufre presenta variedad de estados deoxidación, sólo tienen importancia en lanaturaleza;
Sufihidrilo (R-SH) Sulfuro (HS)Azufre elemental (S) Sulfato (SO4)
La mayor parte de azufre de nuestroplaneta se encuentra en sedimentos y rocasen forma de minerales de sulfato, el marconstituye el mayor reservorio.
Ciclo del AzufreEl Azufre se encuentra además como sulfurode Hidrógeno (H2S), principal gas volátil deazufre.
Se forma principalmente por reducciónbacteriana de SO4 (Sulfato), su presenciadepende del pH.
pH< 7 predomina H2S pH> 7 predomina HS
Las bacterias sulfato reductoras estánampliamente distribuidas en la naturaleza.
Ciclo del AzufreEn condiciones óxicas, el sulfuro a pH neutrose oxida rápida y espontáneamente.
Las bacterias oxidadoras de azufre(aerobias) catalizan la reacción de estoscompuestos, sólo cuando el H2S procedentede zonas anóxicas se encuentra con el O2que desciende de las zonas óxicas.
La oxidación del azufre elemental produceiones sulfato y de hidrogeno, pH caracte.
Ciclo del Azufre
El azufre elemental puede ser reducido, enforma de respiración anaeróbica.
Constituye un proceso ecológico importante,especialmente para arqueas hipertermófilas.
Los compuestos orgánicos de azufre que sonsintetizados por los seres vivos sonextremadamente volátiles, por lo que se vanrápidamente a la atmósfera (Dimetilsulfuro,ambientes marinos).
Ciclo del Azufre
El dimetilsulfuro se libera a la atmósferadonde experimenta una oxidaciónfotoquímica dando metanosulfonato(CH3SO3), los microorganismos lo utlizan:
1. Como sustrato para la metanogenésis.2. Como donador de electrones para la
fijación fotosintética de CO2 por lasbacterias fototróficas rojas.
3. Como donador de electrones en elmetabolismo energético.
Ciclo del Hierro
El Hierro es uno de los elementos másabundantes de la corteza terrestre.
Se presenta en dos estados de oxidación:Ferroso (Fe2+) y Férrico (Fe3+).
En la naturaleza, el ciclo del hierro se daentre las formas ferrosa y férrica.
Ciclo del Hierro
La reducción del Fe3+ se da en consecuenciade la respiración anaeróbica.
La oxidación de Fe2+ se produce comoresultado de una forma de metabolismoquimiolitotrófico.
Las bacterias utilizan el hierro férrico comoaceptor de electrones, se da en suelosencharcados, turberas y sedimentos anóxicosde lagos.
Ciclo del Hierro
Cuando las aguas cargadas de hierro,alcanzan las zonas óxicas, el hierro ferroso seoxida (bacterias) y se producen compuestosférricos, que precipitan formando undepósito marrón.
Este precipitado interacciona con otrassustancias como el humus, reduciéndose aFe2+.
Ciclo del Hierro
Papel de las bacterias oxidadoras dehierro en la oxidación del mineral pirita
Ciclo del Fósforo
El fósforo, principalmente en forma deciertos tipos de iones fosfato (PO43- y HPO42-), es un nutriente esencial para vegetales yanimales.
Diversas formas de fósforo son cicladas,principalmente a través del agua, la cortezade la Tierra y los organismos vivos, por elciclo del fósforo sedimentario.
Ciclo del Fósforo
El fósforo se mueve lentamente desde losdepósitos de fosfato en la tierra y lossedimentos de los mares someros a losorganismos vivos, y luego de regreso a latierra y al océano.
El fósforo liberado por la degradación lentao intemperismo de los depósitos de fosfatoen las rocas, es disuelto en el agua del sueloy tomado por las raíces vegetales.
Ciclo del Fósforo
Por otro lado, los animales obtienen sufósforo comiendo productores o animalesque han ingerido a su vez productoresprimarios.
De esta manera, los desechos animales y losproductos de su descomposición cuandomueren, devuelven mucho de este fósforoal suelo.
Ciclo del Fósforo
