Ciclos Biogeoquimicos

Ciclos biogeoquimicos de los microorganismos en la naturaleza

INTRODUCCIÓN (1)

Se denomina ciclo biogeoquímico al movimiento de cantidades de carbono, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, calcio, sodio, azufre, fósforo, potasio, y otros elementos entre los seres vivos y el ambiente (atmósfera, biomasa y sistemas acuáticos) mediante una serie de procesos de producción y descomposición.

La actividad de los descomponedores en la biosfera permite que la materia se recicle y no se disperse en las sucesivas transferencias, como ocurre con la energía.

En los ecosistemas, la energía luminosa o química (moléculas orgánicas o moléculas inorgánicas reducidas) y fluye unidireccionalmente de nivel trófico en nivel trófico hasta disiparse en forma de calor. Por el contrario, la materia se mantiene prácticamente constante en la Tierra, los bioelementos circulan cíclicamente dentro de la biosfera, de los seres vivos a la materia mineral, y viceversa, constituyendo los ciclos biogeoquímicos.

Las bacterias y los hongos son los microorganismos que, junto a los productores, permiten la existencia del ciclo de la materia en la biosfera. Su función es descomponer la materia orgánica procedente de restos vegetales, cadáveres y excrementos, convirtiéndola en materia inorgánica que vuelve a ser utilizada por los productores.

Algunos microorganismos juegan un papel muy importante en el ciclo del nitrógeno. Éste es mucho más abundante en la atmósfera que el CO2, sin embargo, sólo unas pocas bacterias (Azotobacter, Rhizobium, entre otras) son capaces de fijarlo en forma orgánica.

Los microorganismos poseen un papel destacado en los ciclos biogeoquímicos. En algunos casos son los únicos capaces de reciclar formas de un bioelemento, por lo que sin su participación la vida sería imposible.

DESARROLLO

MICROORGANISMOS EN LA NATURALEZA.- CICLO BIOGEOQUÍMICOS.

A los microorganismos podemos encontrarlos en todos los niveles tróficos, por lo dicho acerca de los diversos tipos de nutrición que presentan: los fotosintéticos y quimiosintéticos en el nivel de productores, junto con el resto de organismos fotosintéticos (algas y plantas); los heterótrofos, en el nivel de consumidores, junto con hongos superiores y animales, pero, sobre todo, en el nivel de desintegradores y transformadores, ya que son los responsables de la descomposición de los cadáveres y desechos de otros seres, reincorporando la materia orgánica a su propio organismo y volviendo a dejar libre materia inorgánica disponible para los productores. Con ello se cierra el ciclo de la materia, que se repite de forma continua e inexorable.

Supone un cambio de materiales entre las partes bióticas y abióticas de la biosfera. Los microorganismos, a través de sus actividades metabólicas, desempeñan un papel importante en el intercambio de materiales entre los diversos apartados de la biosfera.

Los principales elementos integrantes de la materia viva son los más intensamente ciclados por los microorganismos: el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.

Ciclo del Nitrógeno (2)

Una vez incorporado o asimilado a la materia orgánica, el nitrógeno sufre distintas transformaciones hasta que sale de nuevo a los almacenes inorgánicos a través de la excreción y la muerte. Las sustancias producto de estos procesos no están en la forma original de nitrógeno molecular sino en compuestos más complejos que son degradados hasta NH3 en un proceso denominado amonificación. El amoníaco es transformado por nitrificación en nitritos y nitratos por la acción de otras bacterias (Nitrosomonas y Nitrosobacter). Los nitritos y nitratos pueden ser directamente incorporados a las plantas y volver a la materia orgánica, o también pueden sufrir un proceso de desnitrificación realizado por otras bacterias u hongos que devuelven a la atmósfera el nitrógeno molecular.

Este ciclo consta de las siguientes etapas:

Nódulos en raíces de leguminosas:

1. Fijación del nitrógeno: consiste en la conversión del nitrógeno gaseoso (N2) en amoníaco (NH3), forma utilizable para los organismos. En esta etapa intervienen bacterias (que actúan en ausencia de oxígeno), presentes en el suelo y en ambientes acuáticos, que emplean la enzima nitrogenasa para romper el nitrógeno molecular y combinarlo con hidrógeno.

N2 --------------------> NH3

nitrogenasa

Ejemplos de bacterias fijadoras de nitrógeno:

Las bacterias del género Rhizobium, viven en nódulos de las raíces de leguminosas y de algunas plantas leñosas.

Nitrificación: proceso de oxidación del amoníaco o ion amonio, realizado por dos tipos de bacterias: Nitrosomonas y Nitrobacter (comunes del suelo). Este proceso genera energía que es liberada y utilizada por estas bacterias como fuente de energía primaria.

Este proceso ocurre en dos etapas:

o Un grupo de bacterias, las Nitrosomonas y Nitrococcus, oxidan el amoníaco a nitrito (NO2-):

2 NH3 + 3 O2  2 NO2 - + 2 H+ + 2 H2O

o Otro grupo de bacterias, Nitrobacter, transforman el nitrito en nitrato, por este motivo no se encuentra nitrito en el suelo, que además es tóxico para las plantas.

2 NO2 - + O2 2 NO3 -

2. Asimilación: las raíces de las plantas absorben el amoníaco (NH3) o el nitrato (NO3 -), e incorporan el nitrógeno en proteínas, ácidos nucleicos y clorofila. Cuando los animales se alimentan de vegetales consumen compuestos nitrogenados vegetales y los transforman en compuestos nitrogenados animales.

3. Amonificación: consiste en la conversión de compuestos nitrogenados orgánicos en amoníaco, se inicia cuando los organismos producen desechos como urea y ácido úrico, sustancias que son degradadas para liberar como amoníaco el nitrógeno en el ambiente abiótico. El amoníaco queda disponible para los procesos de nitrificación y asimilación. El nitrógeno presente en el suelo es el resultado de la descomposición de materiales orgánicos y se encuentra en compuestos orgánicos complejos, como proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos y nucleótidos, que son degradados a compuestos simples por microorganismos - bacterias y hongos - que se encuentran en el suelo. Estos microorganismos usan las proteínas y los aminoácidos para producir sus propias proteínas y liberan el exceso de nitrógeno en forma de amoníaco (NH3) o ion amonio (NH4+).

4. Desnitrificación: es el proceso que realizan algunas bacterias ante la ausencia de oxígeno, degradan nitratos (NO3 -) liberando nitrógeno (N2) a la atmósfera a fin de utilizar el oxígeno para su propia respiración. Ocurre en suelos mal drenados. A pesar de las pérdidas de nitrógeno, el ciclo se mantiene gracias a la actividad de las bacterias fijadoras de nitrógeno, capaces de incorporar el nitrógeno gaseoso del aire a compuestos orgánicos nitrogenados.

La fijación biológica la realizan tres grupos de microorganismos diazotrofos: ( 3 )

Bacterias gran negativas de vida libre en el suelo, de géneros como Azotobacter, Klebsiella o el fotosintetizador Rhodospirillum, una bacteria purpúrea.

Bacterias simbióticas de algunas plantas, en las que viven de manera generalmente endosimbiótica en nódulos, principalmente localizados en las raíces. Hay multitud de especies encuadradas en el género Rhizobium, que guardan una relación muy específica con el hospedador, de manera que cada especie alberga la suya, aunque hay excepciones.

Cianobacterias de vida libre o simbiótica. Las cianobacterias de vida libre son muy abundantes en el plancton marino y son los principales fijadores en el mar. Además hay casos de simbiosis, como el de la cianobacteria Anabaena en cavidades subestomáticas de helechos acuáticos del género Azolla, o el de algunas especies de Nostoc que crecen dentro de antoceros y otras plantas.

La fijación biológica depende del complejo enzimático de la nitrogenasa.

Ciclo del Carbono

La proporción de microorganismos que intervienen en el ciclo del Carbono es mayor en agua que en tierra; allí la producción de materia orgánica corre a cuenta de las algas y cianofíceas unicelulares del fitoplancton

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