Unidad 6. Ecologa Microbiana

Unidad 6. Ecologa MicrobianaLa ecologa microbiana es la rama de la ecologa que estudia a los microorganismos en su ambiente natural, los cuales mantienen una actividad continua imprescindible para la vida en la Tierra.Los mecanismos que mantienen la diversidad microbiana de la biosfera son la base de la dinmica de los ecosistemas terrestres, acuticos y areos. Es decir, la base de la existencia de las selvas y de los sistemas agrcolas, entre otros. IntroduccinLa ciencia que explora las interrelaciones entre los organismos y su medio ambiente bitico y abitico.Ecologa

La ciencia que especficamente examina las relaciones entre los microorganismos y su medio ambiente bitico y abitico.Ecologa microbiana

Ecosistema: unidad ecolgica bsica, funcionalmente autosuficiente, autorregulable y estructurada, en la que cada poblacin ocupa un nicho ecolgico.Nicho: papel que desempea una comunidad de organismos, poblacin en un ecosistema.Hbitat: lugar ocupado por un ecosistema.Biosfera: porcin de la tierra ocupada por los seres vivos. En ella se integran todos los ecosistemas en los que los microorganismos desempean funciones diversas.Ciclo biogeoqumico: movimientos de materiales a travs de reacciones qumicas en toda la biosfera.Ambiente conjunto de factores tanto abiticos ( fsicos y qumicos: temperatura presin, oxigeno etc.) como biticos ( biolgicos: plantas y animales) que acta sobre un ser vivo.

Definiciones bsicas En la naturaleza, las clulas viven asociadas con otras clulas en agrupaciones que llamamos poblaciones. Tales poblaciones se componen de grupos de clulas relacionadas, que generalmente derivan de una nica clula parental por sucesivas divisiones celulares. La localizacin en el ambiente donde vive una poblacin se denomina hbitat.Estas clulas viven en asociacin con otras poblaciones de clulas en colectivos llamados comunidades.Caractersticas de los sistemas microbianosLos microorganismos pueden modificar las condiciones fsicas y qumicas de su entorno. Al realizar los procesos metablicos los microorganismos extraen nutrientes del medio y los usan para hacer nuevas clulas. Al mismo tiempo, excretan al medio los productos de desecho de su metabolismo. Por consiguiente, a los largo del tiempo, el medio cambia gradualmente debido a los procesos vitales. Una clula individual no puede, por s sola, originar un efecto perceptible sobre un hbitat, esa clula puede ser capaz de multiplicarse rpidamente y dar lugar a un nmero enorme de descendientes que causan entonces un efecto importante sobre el hbitat. Uno de los atributos ms importantes e impresionantes de los microorganismos es su rpido crecimiento (multiplicacin), pues no permanecen mucho tiempo como clulas nicas y pueden originar poblaciones que cambian de modo significativo las propiedades de un hbitat. Efecto de los organismos sobre sus habitas

Interacciones microbianas

La composicin de la microflora y de la microfauna de un ecosistema est regulada por las interacciones de los microorganismos de una comunidad entre s y de los mismos con el medio no bitico de lo cual surge un equilibrio dinmico. Homeostasis y degradacin de ecosistemaBenficas o Sinrgicas

NeutralismoComensalismoProtocooperacionSimbiosis

Antagnicas

CompetenciaAmensalismoPredacinParasitismo

Capacidad de mantener la estabilidad de una comunidad en un medio ambiente variable.

Es un mecanismo que regula un ambiente interno para mantener una condicin que sea estable constante es una caracterstica de un sistema que lo hace cerrado o abierto.HomeostasisEcosistemas acuticosLos ecosistemas acuticos tpicos son los ocanos, los lagos, las lagunas, las charcas y las aguas corrientes.

Empleo de microorganismos en ecosistemas

Tipos de ecosistemas acuticosEcosistemas acuticos bentnicos (Bentos) : Son los que ocupan el fondo de los ecosistemas acuticos En lugares poco profundos los productores primarios siguen siendo las algas que constituyen la mayor parte del fitoplancton. En lugares muy profundos, donde no llega la luz, todos los elementos vivos son consumidores y dependen de la materia viva que se deposita en el fondo y que proviene de capas superiores o tienen que subir a capas no tan profundas para alimentarse y regresar posteriormente a su lugar habitual.

Ecosistemas acuticos nectnicos (Necton): Son los que se mueven en aguas libres como el atn o los tiburones. Ecosistemas acuticos planctnicos ( Plancton) : Son los que viven flotando en la aguas marinas o terrestres. No se mueven por ellos mismos, sino que son arrastrados por los movimientos del agua, producidos por las mareas, el viento o las corrientes. Ecosistemas acuticos neustnicos: Son los que viven flotando en la superficie de las aguas. Dentro de este grupo se encontraran ciertas plantas o ciertos microorganismos. Mares y ocanosSe distinguen distintas zonas ocupadas por seres vivos diferentes. La profundidad de las aguas es importante porque de ella dependen la luz y la temperatura y, por tanto, el tipo de organismos que se encuentran en estos ecosistemas.En la plataforma continental (menos de 200 m) viven el plancton vegetal y animal, constituido por algas y crustceos, fundamentalmente. Aqu se encuentra la zona ftica, la parte iluminada.En la zona batial (entre 200 y 4.000 m) vive el necton, formado por peces, calamares, tortugas marinas, focas y ballenas.En la zona abisal (ms de 4.000 m) vive el bentos, constituido por estrellas de mar, esponjas y otros animales. A pesar de que la zona abisal es un ecosistema relativamente pequeo, sus aportes a la biodiversidad son significativos en cuanto a la variedad de especies presentes en ella, ya que muchos de los organismos que habitan estos abismos son nicos y no se encuentran presentes en ninguna otra regin geogrfica de la Tierra.Estuarios, deltas y marismasLos estuarios, deltas y marismas son los ecosistemas acuticos ms frtiles, en los que es mayor la variedad de seres vivos. stos se caracterizan por su gran adaptacin a las mareas.

En estos ecosistemas depositan sus huevos muchas especies animales (moluscos, crustceos y peces) y son lugar de descanso de peces migradores (como el salmn y la anguila).Ros y lagosRos:

En el curso alto, con muchas corrientes, el agua es muy fra y est bien oxigenada, por lo que abundan los salmones y las truchas. Tambin son frecuentes los cangrejos, los tritones y el martn pescador.En el curso medio se desarrollan los organismos vegetales: la disminucin de las corrientes les permite fijarse. Es en esta zona donde hay mayor variedad de seres vivos.En el curso bajo, el agua es fangosa debido a las lentas corrientes, por lo que hay poca luz y escasa variedad de especies.

Lagos:

La zona litoral presenta vegetacin a lo largo de la orilla.La zona limntica slo presenta plancton vegetal.La zona profunda est habitada por un nmero reducido de especies animales.Zonas hmedas, cinegas y pantanosSon ecosistemas muy frtiles, con muchos organismos vegetales y gran variedad de especies animales que dependen de ellos. Tienen especial inters porque se rellenan de agua y mantienen los acuferos prximos.De forma estacional, las corrientes de agua (debidas a las fuertes lluvias o las mareas) y los incendios liberan al agua muchos nutrientes. Cuando cesan estos fenmenos, los nutrientes se acumulan en el fondo, permitiendo la invasin de vegetales terrestres hasta que el humedal desaparece.Aguas subterrneas y acuferosLas aguas subterrneas constituyen ecosistemas muy tiles para el hombre. Son una de las principales fuentes de suministro para el uso domstico y agropecuario, para lo cual deben ser depuradas debido a que su componente vivo est integrado por microorganismos.Los acuferos son acumulaciones de agua subterrnea sobre una capa de terreno impermeable, formado normalmente por arcilla o pizarra. Son ecosistemas muy inestables, sometidos a grandes variaciones debido a la actividad humana.Ecosistemas terrestresExisten muchas clases de ecosistemas terrestres, basta pensar en las diferencias que hay entre una zona desrtica y una zona de bosque tropical.Cuando las caractersticas fsicas de un ecosistema son muy semejantes a las de otro, aunque se encuentren muy distantes, se les da el nombre de biomas.En este caso estaran dos desiertos, por ejemplo, uno en Sonora y otro en frica; ambos presentan un clima muy semejante y tambin organismos parecidos, aunque se localicen en zonas lejanas entre s.Debido a las caractersticas geogrficas de Mxico, su relieve y su variedad climtica, podemos encontrar representados los principales biomas: bosque tropical o selva, bosques templados, matorrales, desiertos, pastizales, etctera.Bosque tropical o selvaLas selvas tienen un clima caluroso o templado con lluvias, prcticamente todo el ao. Se caracterizan por tener una vegetacin densa y exuberante que favorece el desarrollo de una gran variedad de animales.La mayor variedad biolgica del mundo se desarrolla en las selvas, aunque tambin son los biomas que sufren mayor destruccin. Las selvas estn formadas por estratos de rboles, arbustos y hierbas.Los rboles ms grandes alcanzan los 30 m de altura y conservan sus hojas todo el ao (perennifolios); abundan las plantas trepadoras que a menudo crecen sobre los troncos de los rboles; as como hierbas, musgos y hongos.Entre los rboles comunes de las selvas mexicanas estn la caoba, cedro rojo, zapote, palo de baqueta y pochote. Las selvas ms importantes de Mxico son la Lacandona y la del Ocote, en Chiapas, as como porciones de Veracruz, Tabasco y Campeche.En el mundo, son notables las del Amazonas, las de Australia y las de la parte central de frica.Bosque tropical caducifolioRecibe este nombre debido a que muchos de sus rboles pierden las hojas o caducan, por eso tambin se le llama selva de hoja caediza.Durante la poca de lluvias se observa verde; hace mucho calor y evidentemente llueve con frecuencia; mientras que en los meses de sequa, aunque tambin hace calor, no llueve y los rboles pierden parte de su follaje.Los rboles de este bioma no son tan altos como los de la selva, pues alcanzan una altura de 5 a 15 metros. Entre ellos estn, por ejemplo, el copal, pochote y ceiba.En este bosque viven animales como el armadillo, jaguar, tapir, mapache, adems de insectos y arcnidos como la tarntula.PastizalEl pastizal es un ecosistema caluroso, con lluvias en un solo periodo del ao. Se caracteriza por tener rboles aislados, as como mucha vegetacin herbcea.Existen animales como el puercoespn, coyotes, armadillo, tayra, jaguar, perdiz, chachalaca, grisn y berrendo; se encuentran tambin reptiles y por supuesto gran cantidad de insectos.En el mundo son famosos los pastizales de frica, a los que tambin se les llama sabanas; en ellos viven animales como leones, jirafas, cebras, antlopes, etctera.Como entre los vegetales del pastizal se encuentran gramneas, este bioma resulta ser atractivo para la ganadera, tanto de caballos (ganado equino), como de caprinos (cabras) y bovinos (vacas).MatorralEs una zona en forma de valle que tiene muy pocos rboles; la vegetacin dominante es de tipo matorral, ya sean espinosos o plantas aromticas, entre ellas, romero, organo y tomillo.Se encuentran aves como la codorniz escamosa, paloma de alas blancas y huilota; mamferos como el venado, bura, zorra gris, oso plateado, zorra nortea, berrendo, cimarrn y liebre cola negra.El matorral gradualmente se convierte en desierto; en Mxico, el matorral cubre la mayor parte de la pennsula de Baja California y zonas de Sonora.DesiertoEs un ecosistema en el que la falta de agua impide el desarrollo de muchas plantas y animales; pero las especies que lo habitan estn bien adaptadas a esta situacin.El clima es extremoso: los das son muy calientes y las noches muy fras.Debido a la escasez de agua, las plantas de este bioma han desarrollado tallos gruesos y jugosos para almacenarla y, adems, las hojas estn modificadas en espinas; las plantas representativas son los cactus, yucas, nopales y pequeos arbustos.Entre los animales se encuentran la liebre cola negra, zorra nortea, venado bura, berrendo, cimarrn, cacomixtle y bho.Abundan los reptiles como la iguana, camalen, serpiente de cascabel, serpiente coralillo y el monstruo de Gila.Bosque mixtoRecibe este nombre porque en l se encuentran rboles de los dos tipos: perennes, como el pino, y caducifolios, como el encino.El clima de este tipo de bosque es templado o fro y en el invierno pueden presentarse heladas.En este bosque se encuentran animales como el pajuil, codorniz, zacatuche, zorrillo listado, lobo, oso negro, guajolote silvestre, ardilla moto, etctera.Bosque hmedo de alturaEs un bosque localizado en zonas montaosas. El clima es fro y en el invierno puede helar y nevar.Los rboles propios de este tipo de bosque son: pinos, encinos y ocotes, tambin helechos, orqudeas y begonias.Entre los animales estn el guan cornudo, gallina de monte, guila real, zacatuche, tlalcoyote y ratones de campo.Este bioma est representado en reas de Tamaulipas, Hidalgo, Puebla, Veracruz, Nayarit, Jalisco, Colima, Michoacn, Sinaloa y en el Valle de Mxico.En el mundo son famosos los bosques de las Montaas Rocallosas, Alaska, Canad, Suiza y Rusia.TundraSolamente se desarrolla en ciertas zonas del mundo donde la temperatura es muy baja; el suelo se congela y se cubre de nieve. La temperatura desciende tanto que casi no hay plantas y los animales tienen que buscar su alimento en zonas ms favorables, mientras que otros se resguardan en sus madrigueras y se mantienen dormidos durante un largo periodo al cual se le llama hibernacin.Cuando llega la primavera, la nieve se derrite y crece una vegetacin formada por hierbas y algunos arbustos. Entonces los animales inician su actividad, salen de sus refugios y buscan alimento.En Mxico existe este bioma slo en pequeas porciones de las cimas de montaas y volcanes, por eso se le llama tundra alpina.

En el suelo conviven numerosos tipos de organismos microscpicos como bacterias y hongos, que pueden ofrecer grandes beneficios. Estos microorganismos contribuyen en la formacin del suelo ya que participan en la degradacin de la materia orgnica y en los ciclos de elementos como el carbono, nitrgeno, oxgeno, azufre, fsforo, hierro, entre otros. Estas sustancias aportan a la fertilidad del suelo y son utilizados por los seres vivos en su metabolismo. Adems, muchos de estos microorganismos viven alrededor de las races de las plantas e influyen en su crecimiento, y tienen gran importancia para los cultivos agrcolas como las leguminosas y algunos forestales. El crecimiento de las plantas es estimulado por estos microorganismos del suelo que ayudan a absorber nutrientes y las protegen o evitan el ataque de microorganismos patgenosImportancia de los microorganismos en sistemas agrcolasEl nitrgeno es uno de los minerales fundamentales para las plantas, y si bien el 80% de la atmsfera est compuesta por N2, ste no es fcilmente asimilable por los organismos. Si bien en la agricultura es costumbre utilizar fuentes de nitrgeno qumico, existen microorganismos que son capaces de utilizar el nitrgeno atmosfrico. Ciertas bacterias y cianobacterias tienen la capacidad de llevar a cabo una reaccin qumica mediante la cual el nitrgeno atmosfrico es transformado en amonaco. En el suelo, el amonaco es transformado en nitritos y posteriormente en nitratos por diferentes tipos de bacterias que actan en cada paso.

Simbiosis Rhizobium-leguminosasEn la mayora de los agroecosistemas el 80% del nitrgeno fijado biolgicamente ocurre a travs de la simbiosis entre bacterias Rhizobium y plantas leguminosas. La asociacin se inicia con el proceso de infeccin, cuando las bacterias reconocen las races de las plantas. La bacteria atraviesa las paredes de las races llegando al interior de las clulas vegetales dnde forma unas estructuras llamadas ndulos. Estos ndulos constituyen el hogar de las bacterias y es donde se realiza la reaccin qumica a travs de la cual el N2 atmosfrico es convertido en amonio que es luego exportado al tejido vegetal para la formacin de protenas y otros compuestos nitrogenados. Por su parte, la glucosa fabricada por la planta durante la fotosntesis es transportada a la raz donde las bacterias la usan como fuente de energa. De esta relacin ambos organismos (planta y bacteria) se benefician.

Aplicaciones de las bacterias fijadoras de nitrgeno y promotoras del crecimientoBiofertilizantes: La bacteria Rhizobium es una de las utilizadas como biofertilizante para facilitar la asimilacin de nitrgeno en los cultivos de leguminosas. Esta bacteria es un habitante comn en los suelos agrcolas. Sin embargo, para aumentar su poblacin y, en consecuencia, la capacidad de fijacin de nitrgeno atmosfrico, los agricultores agregan a las semillas, antes de la siembra, una mezcla de bacterias Rhizobium y otros ingredientes que facilitan su crecimiento. Esta prctica tiene grandes beneficios ambientales ya que al favorecer la fijacin simbitica de nitrgeno, disminuye la necesidad de aplicar fertilizantes nitrogenados y la contaminacin por nitrgeno asociada al empleo de estos productos. Biocontrol: Los mtodos de control biolgico de plagas y enfermedades buscan proteger a las plantas mediante el uso de microorganismos que compitan por los nutrientes con los patgenos o directamente otorguen resistencia a las plantas, por ejemplo al producir antibiticos. Desde hace ms de un siglo, la bacteria de la familia Azotobacter es usada con este objetivo en agricultura, observndose notables incrementos en los rendimientos en diferentes cultivos, principalmente en cereales. Tambin las bacterias del gnero Bacillus y Streptomyces han resultado muy eficaces en el control de enfermedades. Estas bacterias producen una amplia variedad de sustancias con capacidad antimicrobiana. El Bacillus thuringiensis (BT) es un agente de biocontrol que representa el 90% del mercado mundial de bioinsecticidas. Cuando forma esporas tambin produce unos cristales constituidos por protenas que tienen propiedades insecticidas. Esas endotoxinas forman parte de formulaciones comerciales de bioinsecticidas. Se han obtenido plantas transgnicas, como el maz BT, que contienen el gen de estas protenas insecticidas, y en consecuencia resisten al ataque de los insectos. Es decir que la misma planta produce el insecticida especfico, lo que reduce la necesidad de empleo de productos qumicos insecticidas.

La micorriza, otra asociacin beneficiosa para la agricultura Ciertos hongos del suelo conviven con las races de plantas vasculares formando una asociacin mutualista llamada micorriza. El 90% de las plantas terrestres realizan este tipo de asociacin con grandes beneficios. Las micorrizas pueden clasificarse en ectomicorrizas y endomicorrizas, segn la relacin del hongo con las clulas de las races de la planta. En las ectomicorrizas el hongo invade la raz sin entrar en el interior de las clulas. Por el contrario en las endomicorrizas el hongo invade el interior de las clulas de la raz. Este ltimo tipo de micorrizas es muy frecuente y est extendido en todo el planeta. Se la encuentra en la mayora de los rboles de las zonas tropicales y algunos rboles de bosques templados, como el arce y el fresno, y algunas conferas como la araucaria. La mayora de las plantas arbustivas y herbceas tambin poseen este tipo de asociacin, y casi la totalidad de las plantas cultivadas. Un tipo particular de endomicorriza, la micorriza arbuscular, es la ms abundante en los sistemas tropicales. Las plantas se benefician con esta asociacin, la cual favorece su reproduccin, supervivencia y produccin de biomasa. Granados P. Raquel, Microbiologa Tomo 1, 1 edicin 2002, Editorial Thomson Paraninfo, SA de CV, Mxico DF

Lansing M. Prescott, Microbiologa, 5 edicin, Editorial Mc Graw Hill, Mxico DF

Michael T. Madigan, Biologa de los Microorganismos, 10 edicin, Editorial Prentice Hall, Mxico DF

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Bibliografa