Ecolog Iab Acter 2015

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El ambiente es un término amplio que incluye todas las condiciones y factores externos (vivientes y no vivientes) que le afectan a cualquier organismo o forma de vida. La ecología analiza las interrelaciones de los organismos con su medio ambiente físico y biótico. Es el estudio de organismos en su hábitat. Intenta explicar dónde se encuentran los organismos, cuántos hay y por qué. Busca entender de que manera actúa un organismo sobre su ambiente y cómo éste ambiente actúa sobre el organismo. Es una ciencia de síntesis ciencia de síntesis, pues para comprender la compleja trama de relaciones que existen en un ecosistema toma conocimiento de botánica, zoología, fisiología, genética y otras disciplinas como la física y la geología. ECOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE ECOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE

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Relación entre microorganismo y la ecosistema

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  • El ambiente es un trmino amplio que incluye todas las condiciones y factores externos (vivientes y no vivientes) que le afectan a cualquier organismo o forma de vida. La ecologa analiza las interrelaciones de los organismos con su medio ambiente fsico y bitico. Es el estudio de organismos en su hbitat. Intenta explicar dnde se encuentran los organismos, cuntos hay y por qu. Busca entender de que manera acta un organismo sobre su ambiente y cmo ste ambiente acta sobre el organismo. Es una ciencia de sntesis, pues para comprender la compleja trama de relaciones que existen en un ecosistema toma conocimiento de botnica, zoologa, fisiologa, gentica y otras disciplinas como la fsica y la geologa.ECOLOGA Y MEDIO AMBIENTE

  • Los materiales biolgicos (protenas, lpidos, cidos nucleicos, etc.) se integran en la naturaleza en distintos niveles de organizacin cada vez ms complejos: clulaindividuo especiepoblacin gremiocomunidadNIVELES DE ORGANIZACIONTodos los seres vivos tienen una manera de vivir que depende de su estructura, su fisiologa y del ambiente en el que viven. Su vida est ligada tambin a la vida de sus semejantes y a los organismos que forman parte de su comunidad.

  • El Individuo u Organismo unidad biolgica funcional ms pequea y sencilla, compuesta por un protoplasma organizado generalmente en un ncleo, en donde se encuentra el material gentico (ADN, ARN), y una serie de orgnulos (mitocondrias, ribosomas, plastos, etc.) que constituyen la maquinaria metablica. Adems tiene una membrana plasmtica (de lpidos y protenas), reforzada en los vegetales por una pared celular. NIVELES DE ORGANIZACIONLa Especie La Clula conjunto de individuos semejantes que transmiten este parecido de generacin en generacin.

  • NIVELES DE ORGANIZACION

  • Flujos de materia y energaLos seres vivos requieren materia para sustituir sus tejidos y energa para su funcionamiento. Se establece un flujo de materia y energa en el que se distinguen las siguientes etapas:Incorporacin de la energa (luz solar) y de los compuestos inorgnicos por parte de vegetales, fitoplancton y cianobacterias.A partir de la materia mineral y de la energa creacin de materia orgnica.La materia es utilizada de forma cclica pero la energa es empleada una sola vez, perdindose paulatinamente, a lo largo de todas las etapas sealadas, en forma de calor o de trabajo.ENERGIA

  • Por sistema entendemos cualquier parte del universo que contenga materia y energa:Un sistema cerrado es aquel que no intercambia energa con el medio que lo rodea. Un sistema abierto intercambia energa y materia con el medio que los circunda. Ej: las clulas y los seres vivos.

    El flujo de energa en el ecosistema es abierto, puesto que, al ser utilizada en el seno de los niveles trficos para el mantenimiento de las funciones propias de los seres vivos, se degrada y disipa en forma de calor (respiracin).

    El flujo de materia es, en gran medida, cerrado ya que los nutrientes son reciclados cuando la materia orgnica del suelo es transformada por los descomponedores en molculas orgnicas o inorgnicas que son nuevos nutrientes o bien se incorporan a nuevas cadenas trficas MATERIA Y ENERGIA

  • Hay 2 aspectos fundamentales en cualquier ecosistema:LOS FACTORES AMBIENTALES ABITICOSLA ESTRUCTURA BITICAFUNCIONAMIENTO DE LOS ECOSISTEMAS

  • EL MICROORGANISMO Y SU AMBIENTEEl desarrollo de los MO en la naturaleza depende de los nutrientes disponibles y las condiciones fisicoqumicas de un hbitat que definen un nicho en particularLa teora ecolgica indica que por lo menos hay un nicho que es el principal, pero en la Tierra hay incontables nichos que son los que definen la diversidad metablica y la biodiversidad microbiana actualEn ecologa microbiana se usa el trmino de microambiente para definir el hbitat donde el MO vive y lleva a cabo su metabolismo, son heterogneos y sus condiciones pueden cambiar muy deprisaLos hbitat naturales de los MO son diversos : habitan superficies de organismos superiores y algunos pueden vivir incluso en el interior de plantas y animalesEn varios ambientes el rol de los MO es mucho ms definitorio de las transformaciones que se dan en el mismo y por lo tanto de se estado que los organismos superiores

  • SUPERFICIES Y BIOFILMESLas superficies son importantes como hbitats debido a que adsorben nutrientesLas cc de MO que crecen en una superficie suelen ser mayores que las cc de los que viven en el agua debido a fenmenos de adsorcinLa superficie de adherencia suele ser tambin un nutrienteEstudios sobre colonizacin microbiana demuestran que los MO sobre las superficies crecen envueltos en biofilmsSon microcolonias revestidas de clulas bacterianas adheridas a una superficie por medio de polisacridos adhesivos excretados por la propia clulaLos biofilmes atrapan nutrientes para el crecimiento de las poblaciones microbianas que contiene y en medios fluidos impiden el desprendimientos de las clulas que crecen sobre la superficie

  • SUPERFICIES Y BIOFILMESEl desarrollo y acumulacin de la biopelcula en la pared de las tuberas es el resultado de al menos tres procesos:Transporte y adsorcin de clulas en las paredes de las tuberasReproduccin celular y formacin de subproductosDesprendimiento parcial de la biopelcula por efecto de la erosin y al prdida de adherenciaDurante la formacin de la biopelcula las condiciones hidrodinmicas del flujo regulan el trasporte de MO desde la masa de agua hacia la superficie Las concentraciones de nutrientes, oxgeno y desinfectante disminuyen desde la zona de libre circulacin de agua hacia el interior de la biopelcula Las biopelculas pueden contener MO aerobios y anaerobios formando diferentes microambientes en funcin de su accesibildiad al sustrato y al oxgeno

  • NUTRICION-COOPERACION-COMPETICIONLa velocidad de crecimiento disminuye en el ambiente natural debido a algunas caractersticas del medio:La disponibilidad de nutrientes suele ser bajaLa distribucin de dichos nutrientes en el hbitat no es uniformeLos MO no se encuentran en cultivo axnico en los medios naturales y se enfrentan a efectos competitivosEn algunos casos de competicin microbiana un MO puede inhibir el crecimiento o el metabolismo de otros mediante excrecin de inhibidores especficos (ATB) o a la actividad fisiolgica (cido de los azcares). El parasitismo implica que uno de los MO vive a expensas del otro (husped)Otra asociacin es el comensalismo donde un MO se beneficia (comensal) y el otro ni se beneficia ni se daaAlgunos MO colaboran para llevar a cabo una trasformacin determinada y se llama sintrofia como se ve en algunas bacterias anaerbicasTambin se ve sintrofia en algunos MO con metabolismos complementarios como las bacterias nitrificantes y nitrosificantes que oxidan NH3 a NO3

  • METODOS EN ECOLOGIA MICROBIANA Aislamiento e identificacin Medicin de la actividad microbianaEn los mtodos de enriquecimiento hay que considerar que en general la flora es mixta por tanto deben usarse medios y condiciones selectivas. Ejemplos: para seleccionar bacterias fijadoras de nitrgeno(Azobacter) se usa un medio de cultivo sin nitrgeno combinado, otro sera calentar una muestra para seleccionar las bacterias esporuladasLa columna de Winogradsky es un ecosistema anaerobio en miniatura en el cual se puede agregar un determinado compuesto del cual se quiere estudiar su biodegradabilidad y seleccionar los MO que realizan esta trasformacinEl objetivo de un enriquecimiento es luego obtener un cultivo axnico ya sea por la siembra por estra en un tubo de agar o por dilucinEl ms adoptado es la siembra por estra en placas de agar que permite obtener cultivo axnicos tanto de MO anaerbicos como aerbicos, el de dilucin se aplica mas a la purificacin de determinados MO

  • COLUMNA DE WINOGRADSYSe desarrollan diferentes tipos de MO, las cianobacterias y algas en la parte superior de la columna de agua En el lodo crecen bacterias reductoras de sulfato y como resultado de la formacin de sulfuro se forman zonas coloreadas de rojo y verde en las capas ms altas del lodoLas zonas rojas son bacterias rojas del azufre en la capa superior y las verdes bacterias verdes del azufre por debajo de las rojasEn la interfase agua-lodo el agua es turbia y coloreada debido al crecimiento de bacterias verdes y rojas no del azufreLa gran ventaja de la columna es la fcil disponibilidad de inculo para cultivos de enriquecimiento

  • IDENTIFICACION Y CUANTIFICACIONLos mtodos de tincin con anticuerpos fluorescentes sirven para identificar y enumerar los MO en forma directa del hbitat natural por examen microscpico: naranja de acridina que colorea DNA y RNA y permite el recuento total de bacterias en suelos y aguasSondas de cidos nucleicos: es un pequeo fragmento de DNA o RNA complementario en la secuencia de bases a la parte de un gen con el cual puede hibridarsePara diferenciar MO ambientales se usan sondas de rRNA16S y tambin es posible diferenciar MO dentro de un mismo dominio filogentico por la gran biblioteca que se dispone en la actualidadEn las sondas filogenticas se usan dos tipos de sistemas: 1) los istopos radiactivos (35S o 32P) se aaden a las clulas fijadas e inmovilizadas y el marcado se observa por autorradiografa, 2) colorantes fluorescentes que adhieren a la sonda y se observan por microscopa de inmunofluorescencia a diferentes longitudes de onda

  • MEDICIONES DE LA ACTIVIDAD MICROBIANAIstopos radioactivos: son tiles para medir procesos microbianos especficos o cuando se busca informacin sobre la velocidad de reciclado de compuestos o elementos qumicos en la naturalezaEjemplos:1) metanognesis (conversin de 14CO2 a CH4), 2) fotosntesis (captacin de 14CO2 por las clulas), 3) sulfatoreduccin (reduccin del SO4 a SH2), 4) organotrofia (glucosa a CO2)Microelectrodos: los eclogos microbianos usan microelectrodos de cristal para estudiar la actividad de los MO en sus microambientes Se usan en estudios de campo y los ms conocidos son pH, O2, N2O y sulfhdricoSe han usado para el estudio de la fotosntesis y las trasformaciones llevadas a cabo en los tapetes microbianos que se desarrollan en las zonas costeras y las fuentes termales (comunidades estratificadas)

  • TECNICAS MOLECULARESMtodos basados en RNA: pueden detectar rRNA o mRNA y son buenos debido a la gran cantidad de ribosomas presentes en las clulas vivasLas sondas de rRNA son hibridadas sobre membranas cargadas con la fraccin del RNA target dando informacin sobre la actividad de comunidades de MO o para clasificar MO indgenas en muestras ambientales. La ventaja de estas sondas es que se disponen de ms de 15000 secuencias de RNA en las bases de datos pblicasHibridacin fluorescente in situ (FISH): Las sondas son marcadas con un compuesto fluorescente e hibridadas con las clulas completas in situ y las clulas fluorescentes intactas son contadas por microscopa de epifluorescencia. Da informacin acerca de la actividad celular en muestras ambientales, nitrificacin en barros activados, reduccin de sulfatos en biofilmsMicrochips: son grandes secuencias de DNA adheridas a un soporte slido no poroso e hibridadas con las secuencias target marcadas con fluorocromos que se aislaron de muestras ambientales. Permiten monitorear la expresin del gen y sus funciones as como la caracterizacin de patgenos en el ambiente

  • EVALUACION DE VIABILIDAD Y ACTIVIDAD MICROBIANACELULAPOTENCIAL DE MEMBRANAINTEGRIDAD MEMBRANACITOMETRIA DE FLUJOINTEGRIDAD CELULARACTIVIDAD METABOLICARECUENTO VIABLESmRNA SINTESISRESPIRACIONACIDOS NUCLEICOSmRNADNArRNART-PCR

    PCR TINCION FISH

    HIBRIDIZACION

  • Es el ciclo en el cual el elemento sufre cambios en su estado de oxidacin a medida que se mueve a travs del ecosistema

    Los MO son los nicos que regeneran formas clave de los elementos que necesitan otros organismosCICLOS BIOGEOQUMICOSEl ciclo del Carbono es fundamental, porque de l depende la produccin de materia orgnica, que es el alimento bsico de todos los seres vivos

  • CICLOS BIOGEOQUMICOS :NITROGENOEl N2 es la forma ms estable y su reservorio es la atmsfera ,la transferencia hacia y desde la atmsfera ocurre en forma de N2 y menor cantidad en xidos nitrososEntre el la tierra y el agua el intercambio es como N orgnico, NH4 y NO3El ciclo comprende cinco etapas: Fijacin: la reduccin implica mucha energa slo pocas especies de bacterias (Azobacter, Klebsiella, Clostridium, Corynebacterium) y cianobacterias son capaces de reducirlo a NH4+, la fijacin anual es de 2 x 10 8 toneladas mtricas de N2 / aoLa enzima responsable es la nitrogenasa que escinde el triple enlace requiriendo Mg 2+ y ATP (15-20 ATP/N2)Asimilacin: de NH4+ y NO3- llevado a cabo por MO hetertrofos y auttrofos, las clulas lo convierten en protenas y crecimiento. Por cada 100 unidades de C asimilado se necesitan 10 de N (radio C/N = 10)

  • CICLOS BIOGEOQUMICOS :NITROGENOMineralizacin: es la trasformacin a formas inorgnicas llevada a cabo por numerosos MO (bacterias , actinomicetos y hongos). Las protenas son convertidas a pptidos y luego a aa por enzimas proteolticas

    Protenas aminocidos NH4+

    Nitrificacin: es la conversin del NH4+ a NO3- llevada a cabo por en 2 etapas NH4+ a NO2- y luego NO2- a NO3-Conversin a NO2- : la realizan las AOB bacterias oxidadoras del amonio auttrofas (Nitrosomas, Nitrosospira, Nitrosovibrio)Conversin del NO2- a NO3- : la realizan las NOB bacterias oxidadoras del nitrito, auttrofos obligados (Nitrobacter, Nitrospira) aisladas en plantas depuradoras y ambienteSon procesos que requieren energa (asimilacin del CO2) y es favorecida por el O2 y suficiente alcalinidad para neutralizar los H+ producidos por la oxidacin

  • CICLOS BIOGEOQUMICOS :NITROGENODenitrificacin: hay dos mecanismosReduccin asimilatoria de nitrato: hay MO y plantas que convierten NO3- a NH3 que luego es incorporado a protenas y cidos nucleicos actividad que no es afectada por el O2Reduccin disimilatoria del nitrato: la denitrificacin es una respiracin anaerbica donde el NO3- sirve como aceptor terminal de electrones. El NO3- es reducido a N2O y N2 , los MO son auttrofos y hetertrofos (Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter, Bacillus, Spirillum)

  • HABITATS ACUATICOSVaran en sus caractersticas fisicoqumicas y biolgicas, los org fototrficos son los predominantes en los ambientes acuticos, tambin las cianobacterias (aerobiosis), bacterias fotosintticas (anaerobiosis) fitoplanctnicas y bnticasLos productores primarios limitan la actividad biolgica del ecosistema acutico (productividad), en mar abierto es baja mientras que en zonas costeras es alta siendo mayor en lagos y manantialesCadenas alimenticias: Productores zooplanctonInvertebrados primarios pequeos bacteriasInvertebrados grandes Peces grandesPeces pequeos

  • HABITATS ACUATICOSMateria orgnica:Plantas, sustancias hmicas y detritus orgnicos de suelos

    BacteriasZooplancton

    Materia orgnica no consumida en superficieFONDO

    Anaerobiosis (metabolismo respiratorio a fermentativo)

    La mayora de los organismos superiores necesitan O2 y mueren en anaerobiosis producindose compuestos odorferos y txicos

  • HABITATS ACUATICOSEjemplo de estratificacin por zonas en un lago o laguna y su organismos representativos

  • HABITATS ACUATICOSEn las zonas xicas predominan las cianobacterias y las algas y en las anxicas las bacterias fototrficas anoxignicasLas algas que flotan forman el fitoplancton y las que se adhieren al fondo las bnticasLos org fototrficos usan energa que obtienen de la luz para la produccin de materia org y se llaman productores primariosLa produccin de O2 se lleva a cabo en las capas superficialesEn climas templados las masa de agua permanece estratificada en el verano con capas clidas superiores (epilimnion) y capas inferiores fras y densas (hipolimnion) que en otoo invierno pasan de anxicas a xicas

  • HABITATS ACUATICOSALGASBACTERIASNH 4+PROTOZOOSINGRESO DE MICROORGANISMOSO 2

  • FUENTE DE ENERGIA Y NUTRICINLas Bacterias del azufre toman compuestos de este como el sulfuro de hidrgeno, azufre elemental y el tiosulfato, como fuente de energa.Las Bacterias del hierro son un grupo especializado de Littrofos que son capaces de usar el hierro reducido como nica fuente de energa.

  • CARACTERSTICASLas bacterias oxidantes del azufre y de sulfuros suelen ser litotrficas y producen sulfato.Con excepcin de sulfolobus los littrofos sulfurosos restantes son: Eubacterias y Filogenticamente pertenecen a las bacterias prpuras.

  • CARACTERSTICASPueden distinguirse dos amplias clases ecolgicas :Las que viven en pH neutroLas que viven en pH cidoLas bacterias oxidantes del azufre tambin son capaces de catalizar la oxidacin del sulfuro.

  • CARACTERSTICASLa mayor parte de las bacterias oxidantes del hierro tambin oxidan el azufre y son acidoflicas obligadasLas ferruginosas transforman compuestos solubles de hierro en compuestos insolubles

  • PRINCIPALES GNEROSDel azufre:Thiobacillus ThiospheraThiomicrospiraThermotrixBeggiatoaSulfolobus

  • PRINCIPALES GNEROSDel hierro:A pH neutro:Gallionella ferrugineaSphaeritillus natansLeptothrix ochraceaA pH cidoThiobacillus ferroxidans

  • HABITATS DE ALGUNAS BACTERIASEl Thiobacillus feroxidans vive en un ambiente en que el cido sulfrico es el cido dominante y estn presentes grandes cantidades de sulfato.

  • HABITATS DE ALGUNAS BACTERIASBacterias oxidantes del azufre como las Beggiatoa se encuentran en la naturaleza en habitats ricos en H2S

  • Lixiviacin de mineralesObtencin de Zn, Co, Ni, Mo, Sb, Co, Pb etc, a partir de minerales de baja riqueza (sulfuros metlicos) para transformarlos en los SO4= metlicos solubles en agua por accin de bacterias oxidadoras de hierro y azufre.

    A cielo abierto, el agua se filtra a travs de gruesas capas de material rocoso que contiene el mineral desmenuzado.Se recoge la solucin que contiene las sales sulfatadas y a partir de all se obtienen los metales por procesos de concentracin y precipitacin.La disolucin de los sulfuros tiene lugar por varios procesos: oxidacin bacteriana de los compuestos reducidos de azufre o azufre metlico a cido sulfrico y del hierro ferroso a frrico, como as tambin por oxidacin qumica, que requiere sulfrico o hierro.Las bacterias aseguran suministros de sulfrico y la regeneracin del hierro frrico.

  • HABITATS DE ALGUNAS BACTERIASOrganismos termfilos extremos como el sulfolobus se desarrolla en hbitats volcnicos a temperaturas sobre 90C y a valores de pH de 1-5 a condiciones anaerobias.

  • Yellowstone, Sulfolobus