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LOS MICROORGANISMOS II.
INTERÉS BIOLÓGICO Y MÉTODOS
DE ESTUDIO
19.2. LOS CICLOS DE LA MATERIA
Todos los elementos necesarios para la vida (C, O, N, S y P) se encuentran sometidos en la biosfera a transformaciones cíclicas en las que intervienen los microorganismos. La interrupción de uno solo de estos ciclos implicaría la desaparición de la
vida en un corto período de tiempo. La materia orgánica e inorgánica en la que se
van integrando esos elementos en sus ciclos, así como la energía, se transmiten en
los ecosistemas a través de cadenas alimentarias que se establecen entre los distintos
organismos de las biocenosis.
Debido a la importancia, que como ves, tienen estos ciclos para la vida, insistimos
en el refuerzo de los más importantes, que son los del carbono y del nitrógeno, y
como ampliación, los del fósforo y del azufre.
Ciclo del carbono
Este elemento es abundante en la atmósfera en forma del gas CO2. Los autótrofos lo
utilizan directamente en la fotosíntesis para producir glúcidos. El carbono regresa a
la atmósfera como CO2 por medio de la respiración de los productores, de los consumidores y, sobre todo, de los descomponedores, casi al mismo ritmo con que es
retirado de ella. Una cantidad adicional procede de la combustión, accidental o natural, de la madera.
Depósito de CO2
Atmosférico
Respiración
Acuático
Fijación
bioquímica
Combustión.
Desintegración
atmosférica.
Actividad volcánica
Fotosíntesis.
Quimiosíntesis
Combustión
Respiración
Consumidores
Herbívoros
Productores
Combinación
química
Descomposición
Por muerte y
residuos
Descomponedores
Unidad 19. Los microorganismos II. Interés biológico y métodos de estudio
Turba, carbón, petróleo
y rocas carbonatadas
Ciclo del nitrógeno
El nitrógeno es el gas más abundante de la atmósfera (78-79% del aire). Sin embargo, los organismos encuentran gran dificultad para conseguirlo. A diferencia del carbono, las plantas no pueden asimilar el nitrógeno directamente de la atmósfera en
forma gaseosa. Por esta razón, deben tomarlo del suelo (donde no es abundante),
en forma de aniones nítricos (NO3– , nitratos) o cationes amonio (NH +4 ). Los consumidores obtienen su nitrógeno a partir de los ácidos nucleicos y proteínas de los
productores.
Nitrógeno atmosférico (N2)
Fijación electroquímica
y fotoquímica
Bacterias
desnitrificantes
_
NO3
N2
Organismos fijadores
de nitrógeno_
NO3
N2
Nitrato:
_
NO3
Bacterias
desnitrificantes
_
_
NO2
NO3
Nitratación
bacteriana
_
_
NO2
NO3
Bacterias
desnitrificantes
_
NO3
NH3
Aves y peces
Productores
Descomposición
y desechos
Herbívoros
Descomponedores
Sedimentos marinos
superficiales
Consumidores
Sedimentos profundos
Aminoácidos, urea, ácido úrico,
residuos orgánicos
Nitrosación bacteriana
_
NO2
NH3
Bacterias amonificantes
NH3
NH2
Unidad 19. Los microorganismos II. Interés biológico y métodos de estudio
Acción volcánica
Ciclo del fósforo
El fósforo (P) y el nitrógeno (N) se encuentran en la Tierra en una relación de 1:23
(la reserva principal de fósforo en la Tierra la constituyen las rocas sedimentarias
fosfatadas –fosfatos–, que lo liberan al ser erosionadas). Sin embargo, los organismos deben poseer más cantidad de fósforo que de nitrógeno en sus tejidos. Por ello,
este es el elemento más importante que puede limitar la producción de la biomasa
en los ecosistemas.
El ciclo comienza a partir de los fosfatos disueltos que los productores incorporan a
sus células. A través de ellos llega el fósforo a los consumidores. Cuando los organismos mueren, o a partir de sus desechos y excrementos, las bacterias fosfatizantes
degradan los compuestos orgánicos de fósforo, transformándolos en fosfatos inorgánicos y completando el ciclo.
Gran parte de los fosfatos del suelo son arrastrados por las aguas superficiales y llegan al mar, donde constituyen sedimentos poco profundos que actúan como fuente
de fósforo. Una pequeña cantidad de fósforo vuelve a la superficie de la Tierra a través del pescado o por el guano. Al explotarse los yacimientos de fosfato y utilizarse
restos de pescado y guano como fertilizantes, se acelera tanto el proceso natural (al
aumentar la cantidad de fósforo en circulación) como la velocidad del ciclo. Las
prácticas agrícolas intensivas agotan rápidamente las disponibilidades de fósforo del
suelo.
Animales
Vegetales
Depósitos sedimentarios
que se forman lentamente
Fósforo disuelto
que absorben
las raíces, etc.
Fosfato insoluble de
ciclización muy lenta.
Rocas de fosfato.
Depósitos de huesos.
Depósitos de guano
Extracción humana
de fosfatos solubles
como fertilizantes
Desgaste por agentes atmosféricos
Organismos muertos.
Desperdicios animales
Aves marinas y peces
Fosfatos
disueltos
Bacterias
fertilizantes
Lavado al mar
Sedimentos profundos
Depósitos marinos
Unidad 19. Los microorganismos II. Interés biológico y métodos de estudio
Ciclo del azufre
Este ciclo es importante en los ecosistemas acuáticos, sobre todo en el mar, donde
es muy abundante el ion sulfato. En tierra, el azufre del suelo procede de la descomposición de las rocas con minerales que lo poseen (pirita y calcopirita) o de la
mineralización de la materia orgánica, fundamentalmente vegetal, que lo libera en
forma reducida (H2S).
Las plantas y los microorganismos pueden utilizar los sulfatos directamente, como
única fuente de azufre, reduciéndolos a la forma de sulfhidrilo (R-SH), como se encuentra en el aminoácido cisteína. También los utilizan para sintetizar los aminoácidos cistina y metionina. Algunas plantas que viven en suelos yesosos (las gipsófilas)
almacenan azufre en sus hojas en forma de sulfatos.
El azufre orgánico presente en las proteínas vegetales es liberado en forma de sulfuro de hidrógeno (H2S), al ser descompuestos los restos por gran número de microorganismos del suelo (bacterias y hongos):
R-SH → R + H2S
En condiciones aerobias, el H2S se oxida por la acción de las bacterias quimiosintéticas del azufre (básicamente Thiobacillus), formándose ion sulfato. Las Thiobacillus
son responsables también de la acidificación del suelo al oxidar el azufre elemental
a ácido sulfúrico. Debido a esto, en los suelos básicos pueden solubilizarse muchos
minerales que serían insolubles a pH básico y quedan, de esta manera, disponibles
para las plantas. Las bacterias reductoras del sulfato, en condiciones anaerobias, reducen este ion a H2S, que puede depositarse en grandes cantidades en suelos siempre inundados, a los que aporta su olor característico.
Materia orgánica viva
ATMÓSFERA
Asimilación directa
de aminoácidos, etc.
Combustión
Dióxido de
azufre (SO2)
Materia orgánica muerta
Mineralización
Reducción
Sulfuros:
H2S, etc.
Precipitación
Reducción
ECOSISTEMAS
AEROBIOS
Sulfatos inorgánicos:
SO4–2
Oxidación
Sulfuros de hierro:
FeS, FeS2
Reducción
Disolución
Reducción
Sulfuros: H2S, etc.
Azufre (S)
Oxidación
Unidad 19. Los microorganismos II. Interés biológico y métodos de estudio
ECOSISTEMAS
ANAEROBIOS