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ECOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE

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, 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.
NIVELES DE ORGANIZACION
Todos los seres vivos tienen una manera de vivir que depende de
su estructura, su fisiología y del ambiente en el que viven.
Su vida está ligada también a la vida de sus semejantes y a los
organismos que forman parte de su comunidad.

Los materiales biológicos (proteínas, lípidos, ácidos nucleicos,
etc.) se integran en la naturaleza en distintos niveles de
organización cada vez más complejos:
 célula
 individuo
 especie
 población
 gremio
 comunidad
NIVELES DE ORGANIZACION

La Célula 
unidad biológica funcional más pequeña y sencilla, compuesta
por un protoplasma organizado generalmente en un núcleo, en
donde se encuentra el material genético (ADN, ARN), y una
serie de orgánulos (mitocondrias, ribosomas, plastos, etc.) que
constituyen la maquinaria metabólica. Además tiene una
membrana plasmática (de lípidos y proteínas), reforzada en los
vegetales por una pared celular.

El Individuo u Organismo 
unidad funcional esencial de la ecología , cada organismo tiene
un genotipo distinto que le confiere propiedades y
características distintas que definen el modo en que el
organismo responde al ambiente inanimado y/o interactúa con

el ambiente vivo que lo rodea.
La Especie 
conjunto de individuos semejantes que transmiten este
parecido de generación en generación.
NIVELES DE ORGANIZACION

La Población 
conjunto de organismos de la misma especie que conviven en
tiempo y espacio. Pueden intercambiar natural y
espontáneamente sus características genéticas, comparten un
pasado evolutivo común y constituyen una unidad evolutiva con
un destino común.

Los Gremios 
.
son grupos de poblaciones que explotan la misma clase de
recursos de una forma parecida, constituyendo una agrupación
funcional de poblaciones de especies distintas que interactúan
ecológicamente entre sí.

Las Comunidades 
grupos de poblaciones de distintas especies que coexisten o
cohabitan en tiempo y espacio.
FUNCIONAMIENTO DE LOS ECOSISTEMAS
Hay 2 aspectos fundamentales en cualquier ecosistema:

LA ESTRUCTURA BIÓTICA
LOS FACTORES AMBIENTALES
ABIÓTICOS
Basada en las relaciones de
alimentación
Agentes físicos y químicos.
3 categorías de organismo:
Productores: elaboran su
propio alimento. Principalmente
plantas verdes. Son los que con
la energía de la luz convierten las
sustancias inorgánicas en
orgánicas.

Consumidores: se alimentan de
los productores o de otros
consumidores.

Saprofitos y descomponedores:
se alimentan de materia orgánica
muerta.

Principales:
Régimen de lluvias: monto y
distribución anual y humedad del
suelo.
 Temperatura: extremos de frio y
calor, promedio.
 Luz
 Viento
 Nutrientes químicos
 PH (acidez)
 Salinidad
 Incendios

FUNCIONAMIENTO DE LOS ECOSISTEMAS

Los ciclos de los nutrientes
Los productos y subproductos de cada grupo de organismo (productores,
consumidores, saprofitos y descomponedores) son la comida y los
nutrientes esenciales del otro.
Autótofos:
elaboran su propia
materia orgánica
Heterótrofos:
se alimentan de materia orgánica para obtener energía
Productores
Consumidores
Saprófitos y
descomponedores
Plantas verdes,
bacterias
fotosintéticas y
bacterias
quimiosintéticas
Primaros (herbívoros), Omnívoros (herbívoros o
carnívoros), Secundarios (se alimentan de los
primarios), de Orden superior (se alimentan de otros
carnívoros) y Parásitos (toman como huésped a otra
planta o animal)
Descomponedores (se
alimentan de putrefacción)
Saprófitos primarios (se
alimentan de detritos) y
Saprófitos secundarios
La materia orgánica y el oxígeno que producen las plantas verdes son
los alimentos y el oxigeno que necesitan los heterótrofos. Y el dióxido
de carbono y otros desechos que éstos generan son exactamente los
nutrientes que necesitan las plantas.
EL MICROORGANISMO Y SU AMBIENTE

El desarrollo de los MO en la naturaleza depende de los
nutrientes disponibles y las condiciones fisicoquímicas de
un hábitat que definen un nicho en particular

La teoría ecológica 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 metabólica y
la biodiversidad microbiana actual

En ecología microbiana se usa el término de
microambiente para definir el hábitat donde el MO vive y
lleva a cabo su metabolismo, son heterogéneos y sus
condiciones pueden cambiar muy deprisa

Los hábitats naturales de los MO son diversos : habitan
superficies de organismos superiores y algunos pueden
vivir incluso en el interior de plantas y animales
SUPERFICIES Y BIOFILMES

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
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

Las superficies son importantes como hábitats debido a
que adsorben nutrientes
Las concentraciones de MO que crecen en una superficie
suelen ser mayores que las cc de los que viven en el agua
debido a fenómenos de adsorción
La superficie de adherencia suele ser también un nutriente
Estudios sobre colonización microbiana demuestran que
los MO sobre las superficies crecen envueltos en biofilmes
Son microcolonias revestidas de células bacterianas
adheridas a una superficie por medio de polisacáridos
adhesivos excretados por la propia célula
Los biofilmes atrapan nutrientes para el crecimiento de las
poblaciones microbianas que contiene y en medios fluidos
impiden el desprendimientos de las células que crecen
sobre la superficie
SUPERFICIES Y BIOFILMES
SUPERFICIES Y BIOFILMES
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

El desarrollo y acumulación de la biopelícula en la
pared de las tuberías es el resultado de al menos tres
procesos:
Transporte y adsorción de células en las paredes de
las tuberías
Reproducción celular y formación de subproductos
Desprendimiento parcial de la biopelícula por efecto
de la erosión y la pérdida de adherencia
Durante la formación de la biopelícula las condiciones
hidrodinámicas del flujo regulan el trasporte de MO
desde la masa de agua hacia la superficie
Las concentraciones de nutrientes, oxígeno y
desinfectante disminuyen desde la zona de libre
circulación de agua hacia el interior de la biopelícula
Las biopelículas pueden contener MO aerobios y
anaerobios formando diferentes microambientes en
función de su accesibilidad al sustrato y al oxígeno
NUTRICION-COOPERACION-COMPETICION
La velocidad de crecimiento disminuye en el ambiente
natural debido a algunas características del medio:
 La disponibilidad de nutrientes suele ser baja
 La distribución de dichos nutrientes en el hábitat no es
uniforme
 Los MO no se encuentran en cultivo axénico en los medios
naturales y se enfrentan a efectos competitivos
 En algunos casos de competición microbiana un MO puede
inhibir el crecimiento o el metabolismo de otros mediante
excreción de inhibidores específicos (ATB) o a la actividad
fisiológica (ácido de los azúcares). El parasitismo implica
que uno de los MO vive a expensas del otro (huésped)
 Otra asociación es el comensalismo donde un MO se
beneficia (comensal) y el otro ni se beneficia ni se daña
 Algunos MO colaboran para llevar a cabo una trasformación
determinada y se llama sintrofia como se ve en algunas
bacterias anaeróbicas
 También se ve sintrofia en algunos MO con metabolismos
complementarios como las bacterias nitrificantes y
nitrosificantes que oxidan NH3 a NO3

NUTRICION



El metabolismo se refiere a todos los procesos
químicos que tiene lugar dentro de la célula
El proceso por el cual la célula se construye a partir de
nutrientes simples se llama anabolismo o biosíntesis
La biosíntesis es un proceso que requiere energía de
dos fuentes: luz y compuestos químicos
NUTRICION







La masa celular está formada por sustancias con cuatro
tipos de átomos: C, O2, H2 y N2
El agua es el 90% del peso húmedo de la célula
Los nutrientes se dividen en :
Macronutrientes mayoritarios: C (50% del peso seco),
N2 (12%)
Macronutrientes minoritarios: el P( ácidos nucleicos), el
S (aa, vitaminas), el K (enzimas), el Mg (ribosomas,
membranas), el Ca (pared celular, endosporas), el Na
(hábitat), el Fe (respiración)
Micronutrientes trazas: metales (enzimas)
Factores de crecimiento: son compuestos orgánicos
como vitaminas (B1, B6, B12), aa, purinas y pirimidinas
CATEGORIAS NUTRICIONALES
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
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Se categorizan según en como obtiene el C y la energía:
Los MO que usan luz se llaman fototrofos
Los que usan productos químicos quimiotrofos
Los que usan compuestos orgánicos son
quimiorganotrofos y los que usan inorgánicos
quimiolitotrofos
Heterótrofos: la obtienen de compuestos orgánicos
(hongos, protozoos y numerosas especies bacterianas)
Autótrofos: toma el C del CO2 y se clasifican en dos
categorías: quimioautotrofos obtienen energía y C de por
oxidación de moléculas inorgánicas como el sulfuro o el
nitrito y los fotoautótrofos tiene pigmentos fotosintéticos
que le permiten convertir energía lumínica en energía
química
Hay otra subdivisión según la molécula que actúe como
fuente de electrones: los litótrofos usan donadores
inorgánicos como agua sulfhídrico o amonio, mientras que
los que requieren de moléculas orgánicas son los órgano
tróficos
NUTRICION y MEDIOS DE CULTIVO





Se puede resumir la nutrición microbiana
examinando la composición química de un
medio de cultivo
Se usan dos tipos de medios de cultivo: los
definidos y los indefinidos o complejos
En los definidos se conoce la composición
química exacta y llevan fuentes de C, de N,
sales que suplen iones, estimuladores del
crecimiento
Los complejos usan lisados de caseína,
soja, carne, levadura u otro en forma de
polvo y no se conoce la composición de
los nutrientes , es el más fácil de preparar
Algunos medios llamados diferenciales
tienen indicadores de color, sales biliares,
colorantes y están destinados a facilitar la
discriminación de MO de una mezcla por
su propiedades diferenciales de
crecimiento (ej: agar sangre, agar Mc
Conkey)
NUTRICION y MEDIOS DE CULTIVO
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
Un medio de enriquecimiento provee las condiciones
para el crecimiento selectivo de los microorganismos
(particularmente heterótrofos exigentes) y son en
general medios complejos (ej: adición de sangre,
suero, extractos de tejidos animales o plantas)
Los medios selectivos: favorecen por su diseño el
crecimiento específico de un MO particular o de un
grupo de MO a partir de una población microbiana
mixta (ej: el CO2 es necesario para autótrofos , cristal
violeta inhibe a los GRAM (+))
Medios de mantenimiento: suelen ser distintos a los
de crecimiento óptimo ya que el crecimiento rápido
suele ocasionar muerte rápida de células
En cuanto al estado: medios líquidos, sólidos (agar al
1.5%) y semisólidos (agar al 0.7%)
Preservación: a bajas temperaturas para períodos
cortos (4°C) , para largos (-70°C a -95°C) freezado o
liofilizado (desecado que remueve el agua contenida
por vacío)
METODOS EN ECOLOGIA MICROBIANA
 Aislamiento e identificación
 Medición de la actividad microbiana
 En los métodos 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
nitrógeno(Azobacter) se usa un medio de cultivo sin
nitrógeno combinado, otro sería calentar una muestra para
seleccionar las bacterias esporuladas
 La 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 trasformación
 El objetivo de un enriquecimiento es luego obtener un
cultivo axénico ya sea por la siembra por estría en un tubo
de agar o por dilución
 El más adoptado es la siembra por estría en placas de
agar que permite obtener cultivo axénicos tanto de MO
anaeróbicos como aeróbicos, el de dilución se aplica mas a
la purificación de determinados MO
COLUMNA DE WINOGRADSY
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

Se 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 formación de
sulfuro se forman zonas
coloreadas de rojo y verde en las
capas más altas del lodo
Las zonas rojas son bacterias
rojas del azufre en la capa
superior y las verdes bacterias
verdes del azufre por debajo de
las rojas
En la interfase agua-lodo el agua
es turbia y coloreada debido al
crecimiento de bacterias verdes
y rojas no del azufre
La gran ventaja de la columna es
la fácil disponibilidad de inóculo
para cultivos de enriquecimiento
MEDICIONES DE LA ACTIVIDAD MICROBIANA
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Isótopos radioactivos: son útiles para medir procesos
microbianos específicos o cuando se busca información
sobre la velocidad de reciclado de compuestos o
elementos químicos en la naturaleza
Ejemplos:1) metanogénesis (conversión de 14CO2 a CH4), 2)
fotosíntesis (captación de 14CO2 por las células), 3)
sulfatoreducción (reducción del SO4 a SH2), 4) organotrofia
(glucosa a CO2)
Microelectrodos: los ecólogos microbianos usan
microelectrodos de cristal para estudiar la actividad de los
MO en sus microambientes
Se usan en estudios de campo y los más conocidos son pH,
O2, N2O y sulfhídrico
Se han usado para el estudio de la fotosíntesis y las
trasformaciones llevadas a cabo en los tapetes microbianos
que se desarrollan en las zonas costeras y las fuentes
termales (comunidades estratificadas)
IDENTIFICACION Y CUANTIFICACION
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Los métodos de tinción con anticuerpos fluorescentes
sirven para identificar y enumerar los MO en forma directa
del hábitat natural por examen microscópico: naranja de
acridina que colorea DNA y RNA y permite el recuento
total de bacterias en suelos y aguas
Sondas de ácidos nucleicos: es un pequeño fragmento
de DNA o RNA complementario en la secuencia de bases
a la parte de un gen con el cual puede hibridarse
Para diferenciar MO ambientales se usan sondas de
rRNA16S y también es posible diferenciar MO dentro de
un mismo dominio filogenético por la gran biblioteca que se
dispone en la actualidad
En las sondas filogenéticas se usan dos tipos de sistemas:
1) los isótopos radiactivos (35S o 32P) se añaden a las
células fijadas e inmovilizadas y el marcado se observa por
autorradiografía,
2) colorantes fluorescentes que adhieren a la sonda y se
observan por microscopía de inmunofluorescencia a
diferentes longitudes de onda
TECNICAS MOLECULARES
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Métodos basados en RNA: pueden detectar rRNA o mRNA
y son buenos debido a la gran cantidad de ribosomas
presentes en las células vivas
Las sondas de rRNA son hibridadas sobre membranas
cargadas con la fracción del RNA target dando información
sobre la actividad de comunidades de MO o para clasificar
MO indígenas en muestras ambientales. La ventaja de estas
sondas es que se disponen de más de 15000 secuencias de
RNA en las bases de datos públicas
Hibridación fluorescente in situ (FISH): Las sondas son
marcadas con un compuesto fluorescente (reportero) e
hibridadas con las células completas in situ y las células
fluorescentes intactas son contadas por microscopía de
epifluorescencia. Da información acerca de la actividad
celular en muestras ambientales, nitrificación en barros
activados, reducción de sulfatos en biofilms
Microchips: son grandes secuencias de DNA adheridas a
un soporte sólido no poroso e hibridadas con las secuencias
target marcadas con fluorocromos que se aislaron de
muestras ambientales. Permiten monitorear la expresión del
gen y sus funciones así como la caracterización de
patógenos en el ambiente
REACCION DE LA POLIMERASA EN CADENA

La reacción de la
polimerasa en cadena
(PCR) permite obtener
clones de DNA o de
manera indirecta por la
producción de DNA
complementario (cDNA) del
RNA ribosomal llevado a
cabo por la transcriptasa
reversa (RT-PCR)

Por esta técnica es posible
estudiar la biodiversidad
de las comunidades o el
estudio de los MO dentro
de un mismo dominio
filogenético
ETAPAS DE LA PCR




Simula la replicación del DNA
in vitro y el proceso se divide
en tres etapas
Desnaturalización del DNA:
a altas temp en DNA se
separa en dos hebras
Templado de los primers:
cuando baja la temp el DNA
target se templa con
nucleótidos sintéticos de 18-28
nucleótidos complementarios a
la sección de DNA a ser
replicada
Amplificación: los primers
son extendidos con la Taq
DNA polimerasa enzima
responsable de la réplica en
las células. Luego de 30 ciclos
(3 hs) el DNA target se
amplifica y se acumula en
forma exponencial
EVALUACION DE VIABILIDAD Y ACTIVIDAD MICROBIANA
POTENCIAL DE
MEMBRANA
RECUENTO
VIABLES
mRNA
SINTESIS
ACTIVIDAD CELULA INTEGRIDAD
METABOLICA
CELULAR
RESPIRACION
DNA
CITOMETRIA
DE FLUJO
ACIDOS NUCLEICOS
mRNA
rRNA
RT-PCR
PCR
TINCION
HIBRIDIZACION
INTEGRIDAD
MEMBRANA
FISH
HABITATS ACUATICOS
Varían en sus características fisicoquímicas y
biológicas, los org fototróficos son los predominantes
en los ambientes acuáticos, también las
cianobacterias (aerobiosis), bacterias fotosintéticas
(anaerobiosis) fitoplanctónicas y bénticas
 Los productores primarios limitan la actividad
biológica del ecosistema acuático (productividad), en
mar abierto es baja mientras que en zonas costeras
es alta siendo mayor en lagos y manantiales
 Cadenas alimenticias:
Productores
zooplancton
Invertebrados
primarios
pequeños
bacterias

Invertebrados
grandes
Peces grandes
Peces
pequeños
HABITATS ACUATICOS

Ejemplo de estratificación por zonas en un lago o laguna
y su organismos representativos
HABITATS ACUATICOS
Materia orgánica:
Plantas, sustancias húmicas
y detritus orgánicos de suelos

Bacterias
Materia orgánica
no consumida en superficie
Zooplancton
FONDO
Anaerobiosis
(metabolismo
respiratorio a fermentativo)
La mayoría de los organismos superiores necesitan O2 y
mueren en anaerobiosis produciéndose compuestos
odoríferos y tóxicos
HABITATS ACUATICOS





En las zonas óxicas predominan
las cianobacterias y las algas y
en las anóxicas las bacterias
fototróficas anoxigénicas
Las algas que flotan forman el
fitoplancton y las que se adhieren
al fondo las bénticas
Los org fototróficos usan energía
que obtienen de la luz para la
producción de materia org y se
llaman productores primarios
La producción de O2 se lleva a
cabo en las capas superficiales
En climas templados las masa de
agua permanece estratificada en
el verano con capas cálidas
superiores (epilimnion) y capas
inferiores frías y densas
(hipolimnion) que en otoño
invierno pasan de anóxicas a
óxicas
HABITATS ACUATICOS
INGRESO DE MICROORGANISMOS
O2
ALGAS
BACTERIAS
NH 4+
PROTOZOOS