La ecología microbiana implica el estudio de la relación de los microorganismos con su entorno y entre sí. Estos ‘ alrededores ‘ pueden ser ecosistemas globales importantes, como suelos o cuerpos acuáticos, u otros organismos vivos, como plantas o animales.
La ecología microbiana impulsa numerosos procesos esenciales para la función, producción y sostenibilidad del ecosistema, incluido el ciclo de energía y nutrientes a través del ecosistema, la degradación del metano y el suministro de mecanismos de resistencia y degradación para las toxinas. La sostenibilidad ambiental depende del funcionamiento eficiente de todos estos procesos.
Ciclismo Energético
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Se requiere energía para impulsar todos los procesos del ecosistema, incluido el crecimiento y mantenimiento de comunidades biológicas activas, el ciclo de nutrientes y el procesamiento de toxinas. La mayor fuente de aporte de energía en los ecosistemas terrestres se deriva de las plantas en forma de celulosa, hemicelulosa, pectinas y ligninas. Los microorganismos degradan estos complejos compuestos orgánicos y liberan energía, lo que impulsa los procesos del ecosistema. El carbono y la energía pueden reciclarse aún más dentro de la comunidad microbiana a través de la degradación de la materia orgánica microbiana, particularmente proteínas, lípidos, carbohidratos y quitinas. La productividad y la función de un entorno están, por lo tanto, vinculadas a la efectividad con la que los microorganismos ciclan la energía a través del ecosistema.
Ciclo de nutrientes
La estructura, función y productividad de los ecosistemas dependen de un suministro equilibrado de nutrientes que se mantenga a un nivel apropiado. Una nutrición inadecuada o desequilibrada inducirá el estrés nutricional, lo que limitará significativamente la productividad del ecosistema. En contraste, el exceso de nutrientes puede causar eutrofización con pérdidas significativas en la función del ecosistema y la biodiversidad.
Los microorganismos juegan un papel vital en los aportes, transformaciones y pérdidas de los principales nutrientes dentro de los ecosistemas, incluidos el nitrógeno (N), el azufre (S) y el fósforo (P). Los microorganismos son responsables de la mineralización de nutrientes orgánicos y también de la transformación de iones minerales en estados disponibles para la absorción de las plantas. Sin embargo, los microorganismos también pueden transformar el nitrógeno y el azufre en formas minerales que se pueden perder fácilmente del medio ambiente. Por ejemplo, el nitrógeno y el azufre que se ha oxidado en nitratos y sulfatos se pueden perder por lixiviación. Además, en condiciones anaeróbicas, los microorganismos también pueden reducir los nitratos y sulfatos disponibles para las plantas en productos gaseosos que pueden perderse del ecosistema.
Degradación de metano
La biodegradación de la materia orgánica dentro de los ambientes anaeróbicos del suelo conduce a la liberación de metano (CH4), un poderoso gas de efecto invernadero que es más de 20 veces más efectivo para atrapar el calor que el dióxido de carbono (CO2). Los microbios metanotróficos dentro de los nichos aeróbicos en el suelo tienen el potencial de oxidar el metano al CO2 menos potente utilizando vías de oxidación de metano o metanol.
Procesamiento de toxinas
Los productos químicos tóxicos pueden perturbar severamente los procesos del ecosistema, causando la represión o eliminación de especies funcionales clave y la supresión de procesos ecológicos clave. Las toxinas comunes incluyen metales pesados e hidrocarburos complejos. Si bien la presencia de toxinas en el ambiente natural puede surgir como resultado de procesos naturales, muchas ocurren como producto de la contaminación antropogénica. Las comunidades microbianas presentan el potencial para mitigar los efectos de tales compuestos ya sea degradando la toxina a productos benignos, como en el caso de las toxinas orgánicas, o proporcionando resistencia molecular a los contaminantes de metales pesados que permiten conservar o restaurar procesos más amplios del ecosistema.
Actividad microbiana y gestión ambiental
La gestión eficiente y sostenible de los ecosistemas, por lo tanto, depende de la gestión efectiva de los procesos microbianos clave que impulsan la función del ecosistema. Sin embargo, los métodos microbianos convencionales, como las evaluaciones de la biomasa microbiana, no han podido proporcionar la profundidad de información requerida para el análisis y la descripción de la actividad y función del ecosistema microbiano.
