LOS MICROORGANISMOS EN SUS AMBIENTES NATURALES

Las bacterias son ubicuitas:

- Su pequeño tamaño permite una fácil dispersión.

- Conversión de energía no restringida a ambientes

aerobios.

- Versatilidad metabólica extrema.

- Muchas bacterias pueden tolerar condiciones

ambientales desfavorables

EL AMBIENTE TERRESTRE: EL SUELO

TEMA XV

El SUELO es la capa externa, blanda, de la superficie terrestre que está totalmente diferenciada del lecho rocoso

Soporta el crecimiento de los vegetales.

Contiene multitud de sustancias orgánicas.

Contiene multitud de microorganismo que interaccionan de

forma muy dinámica.

Componentes principales: Materia mineral, agua, aire, materia orgánica, organismos.

COMUNIDADES MICROBIANAS DEL SUELO

Gran cantidad de microorganismos

(106-109 bacterias/gr)

La mayoría heterotróficos

Organismo AUTÓCTONO: Microorganismos capaces de utilizar compuestos húmicosrefractantes (bacilos G- , actinomicetos y algunos hongos ).

Organismos ZIMÓGENOS u OPORTUNISTAS: también son del suelo pero no utilizan compuestos húmicos sino sustratos fácilmente utilizables (Pseudomonas, Bacillus, Penicillium, Aspergillus, Mucor).

AGREGADO del suelo mostrando los microhábitat y la distribución de los microorganismos.

MO Actinomicetes

Bacterias

Hifas de hongos

Agua

Bacterias

Concentración de O2 entre los agregado del suelo:

LAS BACTERIAS

Son los organismos más numerosos del suelo (106-109 células/g suelo).

Principales responsables del reciclado y transformación de los ciclos edáficos del C, N, P, Fe y S.

Muy diversos taxonómicamente y fisiológicamente (aerobios obligados, microaerófilos, anaerobios, etc.).

Las características particulares de cada suelo determinan el tipo de microorganismos que viven allí.

Aunque dominan las bacterias G-, en relación a otros hábitat hay mayor proporción de G+. Los géneros más comunes incluyen:

Acinetobacter, Agrobacterium, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus, Brevibacterium, Caulobacter, Cellulomonas, Clostridium, Corynebacterium, Flavobacterium, Micrococcus, Mycobacterium, Pseudomonas, Staphylococcus, Streptococcus, Xanthomonas.

ACTINOMICETOS

Pueden ser un porcentaje muy alto de la población bacteriana (10-30%).

Los géneros más abundantes son: Streptomyces y Nocardia. Otros géneros como Micromonospora, Actinomyces, etc., se encuentran en mucha menor cantidad.

Resistentes a la desecación.

Crecen sobres suelos alcalinos o neutros

Importantes productores de antibióticos.

Streptomyces

Nocardia

Son muy abundantes en determinados suelos.

Activos descomponedores de residuos vegetales.

Los géneros más representativos son: Myxococcus, Cytophaga, Chrondococcus, Archangium y Polyamgium. Myxococcus

MIXOBACTERIAS

CIANOBACTERIAS

Contribuyen a la estabilización del suelo al formar costras en los suelos desnudos.

Principales géneros en el suelo: Anabaena, Calothirx, Chroococcus, Cylindrospermun, Lyngbya, Microcoleus, Nodularia, Nostoc, Oscillatoria, Phormidium, Plectonema, Schizothrix, Scytonema y Tolypothrix.

Microcoleus

OTRAS BACTERIAS FIJADORAS DE N2

Azotobacter, heterótrofo de vida libre.

Algunos Clostridium del suelo.

Rhizobium y Bradhyrhizobiumen los nódulos de las raíces.

Azotobacter

Calothrix

Nodularia

Scytonema

Tolypothrix

Plectonema

LOS HONGOS

Tan importantes en lo suelos como las bacterias, constituyen una altísima proporción de la biomasa edáfica.

Papel esencial en la descomposición de los residuos vegetales, especialmente de sustancias recalcitrantes y en la formación de compuestos húmicos.

Aparecen como organismos de vida libre o en asociación con raíces (micorrizas).

Principalmente en los 10 primeros cm del suelo, no llegan a más de 30 cm de profundidad. Prefieren suelos bien aireados.

Los géneros filamentosos más frecuentes son hongos Ascomicetos imperfectos: Aspergillus, Geotrichum, Penicillium, Trichoderma, Botrytis, pero también se encuentran numerosos basidiomicetos.

LAS LEVADURAS

Muy comunes también en el suelo

Géneros más frecuentes: la mayoría son también hongos imperfectos o Deuteromicetos tanto Ascomicetos: Candida, como basidiomicetos: Rhodotorulay Cryptococcus).

Algunas especies de los géneros Lipomyces, Schwanniomyces, Kluyveromyces, Schizoblastoporion, Hansenula, Candida y Cryptococcus han sido aisladas únicamente del suelo.

Candida

La mayoría de los hongos del suelo son oportunistas (zimógenos).

Muchos metabolizan carbohidrátos, pero son pocos los que degradan lignina.

El letargo es una condición muy común en los hongos. Forman estructuras especializadas: Esporangiosporas, conidios, oosporas, ascosporas, basidiosporas, clamidosporas y esclerocios.

En el suelo existe un efecto inhibidor de la germinación de las esporas fúngicas llamado FUNGISTASIS y que parece estar asociado a la actividad bacteriana.

LOS PROTOZOOS

LAS ALGAS

Se encuentran tanto en la superficie como en el interior del suelo pero sólo en los primeros milímetros es donde se pueden encontrar en gran cantidad.

Pueden ser clorofitas, rodofitas, euglenofitasy crisofitas.

Tamaño pequeño y diversidad baja en comparación con la de los ambientes acuáticos.

No demasiado abundantes (104-105 organismos/g).

En los primeros 10 cm del suelo.

Importantes depredadores de bacterias y algas del suelo, son predominantemente biflagelados.

Géneros más comunes: Heteromita, Oikomonas, Cercomonas (flagelados), Colpoda (ciliado), Acanthamoeba,Naegleria (amébas) etc.

FORMACIÓN DEL SUELO

Combinación de distintos procesos físicos, químicos y biológicos.

Los cinco factores principales que influyen en la formación y características del suelo son: la roca original, el clima, la topografía, la actividad biológica y el tiempo.

Participación de los organismos en la formación del Suelo

MO

Algas

Líquenes

Musgos

Bacterias heterotróficas

Hongos

RESPIRACIÓN

CO2H2CO3

Ác. orgánicos

Ac. cítricoAc. oxálico

diso

lución

MO

RIZOSFERA

Textura de los Suelos

Arena(Sand)

Limo(Silt)

Arcilla(Clay)

=10

mm

MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO

Síntesis de compuestosHúmicos coloidales

Restos vegetales,animales, microbianos

MINERALIZACIÓNMás o menos rápida

NH3; CO2; PO42+

MINERALIZACIÓNLenta

DESHUMIFICACIÓN

Monómeros intermediarios

HUMIFICACIÓNRepolimerización

HUMUS: Porción de la MO que ha sufrido una transformación tal que es irreconocible el material original. Es menos del 6 % del peso del suelo.

COSTITUYENTES MONOMÉRICOS(fenoles, quinonas, aa, azúcares)

POLÍMEROS ORGÁNICOS

Degradación

HUMIFICACIÓNRepolimerización

Reacciones espontáneasAutoxidación

Oxidación por enzimas microbianas(lacasas, polifenoloxidasas,

peroxidas)

COMPUESTOS HÚMICOS

Ac. Fúlvico Ac. Húmico Humina

Formación de las

sustancias húmicas:

Ac. Fúlvico

Ac. Húmico

Humina

Interacción de la MO con el material arcilloso

Hay evidencias de que el tipo de material arcilloso y sus cationes asociados influyen sobre la estabilización de la MO y viceversa, la presencia de MO es de gran importancia en la formación y estabilización del suelo.

FUNCIONES DEL HUMUS

Actúa como reservorio que regula los ciclos biogeoquímicos.

Juega un papel importante en el establecimiento de la estructura del suelo y de su estabilidad.

Contribuye a determinar la capacidad de cambio del suelo, manteniendo los cationes bajo forma intercambiable y disponible para los vegetales.

Participa en el establecimiento del pH del suelo y del poder tampón.

Retiene agua.

Absorbe virus, sustancias tóxicas, enzimas, etc., pudiendo contrabalancear los efectos perjudiciales de distintos compuestos y/o ejercer un efecto estimulante sobre la fisiología de los vegetales.

MICROORGANISMOS EN EL SUBSUELO PROFUNDO

Condiciones de vida en la corteza terrestre:• Disponibilidad de agua• Temperatura y presión• Valor del pH• Concentración de O2

Las tasas metabólicas más bajas se han medido en la biosfera subterránea

Se distinguen dos grandes zonas en la corteza terrestre según sus características Fisico-químicas diferenciales:

• Cobertura de sedimentos• Rocas ígneas de la corteza continental (mayormente graníticas) yoceánica (basálticas)

Sedimentos

Potencias de hasta 3 KmContienen entre 1/3 y 1/10 de la MO total existente en la biosferaContiene de 4 a 8 veces mas C como metano (en forma de hidratos) que existe en la biomasa

superficial y el suelo juntos.Valores dispares en el número de bacterias en sedimentos profundos (105- 109 células/ml)

fondo anóxicoH2, acetato, otras pequeñas sustancias carbonadasReducción de CO2(metanogénesis)

fondo anóxicocarbono orgánico, CH4+, H2Reducción de SO4

2-

capa media anóxica

H2S, Sº, carbono orgánico, CH4+, H2Reducción de Fe(III)

capa media anóxica

Fe(II), H2S, Sº, carbono orgánico, CH4+, H2Reducción de Mn(IV)

capa superficialMn(III), Fe(II), H2S, Sº, carbono orgánico, CH4+,

H2

Reducción de NO3-

capa superficial oxigenada

NH4+, NO2

-, Mn(III), Fe(II), H2S, Sº, carbonoorgánico, CH4

+, H2

Reducción de O2(respiración aerobia)

Profundidad en el sedimento

Sustrato oxidableMetabolismo respiratorio

Tomado de J.S. López-Villalta (2006)

Corteza de roca ígnea

Los ecosistemas situados en esta zona dependerán de la energía química de cationes metálicos (principalmente Fe2+ y Mn2+) y gases hidrotermales (H2, CH4 y H2S ) que distintos tipos de bacterias quimiolitoautotrofas pueden utilizar.

Algunas de estas oxidaciones se realizan aeróbicamente, pero también existen procariotas capaces de oxidarlas anaeróbicamente (ej: Oxidación de Fe2+ respirando nitrato –Thiobacillus denitrificans- o compuestos reducidos de S respirando nitrato o Fe3+). Su actividad debe de estar limitada debido a la escasez de oxidantes.

En esta zona, debido a los fluidos hidrotermales, el H2 y el CO2 son abundantes, por lo que es un sito propicio para la metanogénesis. Posiblemente esta actividad es la dominante en toda la corteza de la tierra desde hace miles de millones de años.

Puede haber producción de compuestos orgánicos abióticamente (altas presiones y temperaturas) o puede quedar MO atrapada en rocas sedimentarias que pueden ser usados como energía y como recurso de C.

Bacterias a 400 m de profundidad

Figure 5. The deep hydrogen-driven biosphere hypothesis, illustrated by the carbon cycle. At relevant temperatureand water availability conditions, subterraneanmicroorganisms are theoretically capable of performing a life cycle that is independent of sun-driven ecosystems. Hydrogen and carbon dioxide from the deep crust ofEarth, or organic carbon from sedimentary deposits can be used as energy and carbon sources. Phosphorus isavailable in minerals such as apatite and nitrogen forproteins; nucleic acids, and so on can be obtained vianitrogen fixation; and nitrogen gas predominates in manygroundwater.