Tema 36. Microbiología del suelo. Ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre y hierro. Reducción de nitratos: amonificación y desnitrificación. Reducción de sulfatos. Oxidación del amoniaco y del nitrito: nitrificación. Oxidación de los compuestos reducidos de azufre. Oxidación del hierro. Oxidación del hidrógeno molecular. Microbiología del petróleo.

 FIGURAS

 

-         Todos los ecosistemas poseen microorganismos, que pueden tener dos papeles complementarios: Síntesis de nueva materia orgánica a partir de CO2 y la descomposición de esta materia orgánica acumulada.

-         Los microorganismos pueden usar fuentes de energía muy variada. Incluso, en zonas profundas de la Tierra, se puede utilizar el hidrógeno de las rocas basálticas, y producir metano.

-         Una vez producida la materia orgánica, ésta puede ser utilizada, incluso por el ser humano.

-         En el proceso de descomposición, la materia orgánica acaba produciendo inorgánica sencilla: CO2, NH4+, CH4, H2 en un proceso denominado mineralización.

-         Funciones de los microorganismos:

o       Descomponen sustratos orgánicos.

o       Sirven de nutrientes para otros organismos.

o       Modifican sustancias para que sean utilizadas por otros organismos.

o       Modifican las cantidades de materiales en formas solubles y gaseosas.

o       Producen compuestos inhibitorios que pueden dificultar la supervivencia de otros organismos y de ellos mismos.

-         Los ambientes en los que se desarrollan los microorganismos pueden ser muy pequeños, a escala humana, denominándose microambientes. Aquí viven los microorganismos mientras tengan disponibilidad de nutrientes y de buenas condiciones de humedad y/o T.

-         Ciclos de los nutrientes:

-         Los microorganismos desempeñan un papel importante de los ciclos biogeoquímicos.

-         Estos ciclos están constituidos por una serie de procesos biológicos y químicos, comprendiendo reacciones de oxidación-reducción que pueden cambiar las características químicas y físicas de los nutrientes.

-         Estos ciclos, C, P, N, etc., no actúan de forma independiente, sino que están altamente interconectados.

-         El C puede presentarse en forma reducida como metano, materia orgánica, o en formas más oxidadas como CO, o CO2.

-         Mediante diferentes microorganismos, tanto en condiciones aeróbicas como anaeróbicas, se pueden producir diferentes productos, gaseosos o no.

Nota: Los esquemas de los ciclos los podreis ver en el Prescott o Brock.

 

-         El suelo no es estático. Responde a cambios de temperatura y humedad...

-         Los diferentes sustratos que los microorganismos pueden utilizar en los ciclos biogeoquímicos pueden variar en cuanto a su susceptibilidad a la degradación.

-         En general, los factores que influyen en la degradación pueden ser:

o       La composición elemental

o       La estructura de las unidades básicas de repetición

o       Los enlaces entre unidades de repetición

o       Los nutrientes presentes en el ambiente

o       Las condiciones abióticas (pH, potencial redox, oxígeno, condiciones osmóticas...)

o       La comunidad microbiana presente.

 

-         Los sustratos más complejos que normalmente pueden utilizar los microorganismos son:

o       Almidón (glucosa)

o       Celulosa (glucosa)

o       Lignina (fenilpropano)

o       Quitina (N-acetilglucosamina)

o       Proteínas (aminoácidos)

o       Hidrocarburos (alifáticos, cíclicos, aromáticos)

o       Lípidos (glicerol, ácidos grasos, otros...)

o       Biomasa (otros microorganismos...).

 

-         Los restos orgánicos en el suelo, pueden transformarse en un humus estable, rico en nutrientes. Forman agregados heterogéneos de varios tamaños, denominados Peds, formando una maraña de poros y sustratos donde se adhieren las bacterias y los hongos.

-         Debido a la difusión limitada de gases por estos poros, la composición de gases en el suelo puede ser superior a la existente en la atmósfera (sobre todo, CO2, CO, CH4...).

-         Aparte de los microorganismos asociados con plantas o animales superiores, existen una gran variedad de especies en ambientes terrestres:

-         Arqueobacterias (metanógenas, hipertermófilas...)

-         Bacterias Gram positivas con diferentes grados de ramificación constituyen una parte importante de la comunidad microbiana del suelo (Corineformes como Arthrobacter, Nocardioformes como Nocardia, Actinomicetos como Streptomyces). Desempeñan un papel importante en la degradación de los hidrocarburos, materiales vegetales viejos y el humus. Streptomyces produce un compuesto oloroso denominado geosmina que confiere al suelo su olor característico a tierra mojada.

-         Bacterias Gram negativas como Pseudomonas, en niveles con mayor concentración de nutrientes.

 

Microbiología del petróleo

-         Los microorganismos son prolíficos en medios subterráneos, incluyendo las reservas de petróleo.

-         Las bacterias y hongos oxidadores de hidrocarburos son los principales agentes de la descomposición del petróleo y de sus derivados.

-         Hay una gran variedad de bacterias (incluyendo cianobacterias) implicadas.

-         El metano (hidrocarburo más sencillo) es degradado por las bacterias metanotróficas.

-         Los microorganismos degradadores de hidrocarburos se desarrollan sobre a superficie del petróleo.

-         Los hidrocarburos alifáticos no son fermentables, por lo que el oxígeno debería estar siempre presente. En condiciones anóxicas, la descomposición es mucho más lenta (hasta millones de años...).

-         Para atacar manchas de petróleo, se necesita adicionar nutrientes inorgánicos, como P o N.

-         Entre las bacterias degradadoras de petróleo cabe destacar Pseudomona, corinebacterias y micobacterias.

-         El petróleo se va oxidando hasta CO2.

-         Además de la degradación, algunos microorganismos también pueden Producir hidrocarburos, especialmente algunas algas verdes (Botryococcus).