Ambients terrestres i profunditats marines 2 (2008)

Trabajo Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 1º curso
Asignatura Biologia
Año del apunte 2008
Páginas 12
Fecha de subida 25/05/2014
Descargas 0

Vista previa del texto

TREBALL MICROBIOLOGIA GRUP 2E Realitzat per: Alba Riera Mujal Victor Rodilla Bolaño Anna Rodon Rius Maria Romeu Escola Laura Rossinyol Pinya Marc Saborit Creus On creixen els microorganismes en el sòl? Els microorganismes solen créixer en més quantitat en les superfícies de les partícules del sòl, normalment en la rizosfera (sòl que envolta les arrels de les plantes) ja que aquest sòl és ric en nutrients. Un altre factor molt important que ajuda en el creixement dels microorganismes és la disponibilitat d’aigua, a més disponibilitat hídrica més activitat microbiana.
Els microorganismes hi han amb més quantitat als primers horitzons dels sòl, i a mesura que va baixant dels horitzons la quantitat de microorganismes va disminuint (figura 1.1), tot i que també podem trobar activitat microbiana en les profunditats de la terra.
En les profunditats de la terra s’han trobat bacteris quimioorganotròfics de creixement molt lent , la seva supervivència ve determinada per el catabolisme del carboni. Però també s’han trobat bacteris en el basalt , que és una roca volcànica rica en ferro. Aquests bacteris són anaeròbics quimiolitotròfics , i són metabòlicament actius. Aquests bacteris poden ser “metanógenos” fan la metanogènesis per obtenir el carboni, també poden ser reductors del sulfat, i del acetat (figura 1.2). Per poder fer aquestes reaccions els hi es necessari H2, aquest surt de la interacció de l’aigua amb el ferro del basalt (figura1.2).
Horitzó A : és ric en nutrients , l’activitat microbiana és alta Horitzó B : subsòl aquí és on s’acumulen els rentats de la capa superior, l’activitat microbiana és menor que en l’horitzó B Horitzó C: sòl base es genera principalment a partir de la roca, l’activitat microbiana és molt baixa.
Roca sòlida Metanogènesis: 4H2+CO2 CH4+2H2O Reducció de l’acetat (Acetanogènesis): 4H2+2HCO3Reducció del sulfato: 4H2+SO4- +H+ HS-+4H2O Producció inorgánica de H2 a partir del Fe:FeO+H2O CH3COO-+4H2O H2+FeO2 Quins factors afecten l’activitat dels microorganismes en el sòl? Els microorganismes són afectats per diverses causes: les causes fisicoquímiques són importants ja que si no afecten favorablement als microorganismes aquests moren o queden inhibits. Les causes fisicoquímiques més importants que afecten als microorganismes són la temperatura, el pH i l’acidesa, l’oxigen, l’aigua i l’activitat de l’aigua i finalment les radiacions.
A part d’aquestes, tenim altres causes que afecten a l’activitat dels microorganismes. Una d’aquestes és la superfície en que es troben els microorganismes i la concentració de nutrients que hi ha a la superfície.
És a la superfície on els nutrients s’absorbeixen i per tant les superfícies són de gran importància. A part d’això, hem de comentar que no totes les superfícies tenen la mateixa concentració de nutrients, sinó que la quantitat dependrà de la capacitat d’absorció de la superfície en qüestió. No hi haurà la mateixa concentració de nutrients en un dipòsit d’aigua com pot ser un riu, un llac..que la sorra, o les roques que es trobin dins de l’aigua ja que la capacitat d’absorció de la sorra i les roques serà major que la de l’aigua.
Normalment les concentracions de nutrients a la naturalesa són molt més baixes que en els medis de cultiu als laboratoris. Als laboratoris generalment la concentració de matèria orgànica va de 1 a 10g per litre i en canvi a la naturalesa molts pocs cops arriba a aquesta concentració. Malgrat tot, hi ha llocs rics en nutrients com per exemple, la capa de fulles del sòl d’un bosc o la zona d’algues d’un llac, on els nutrients estan disponibles poc temps ja que els microorganismes colonitzen i consumeixen aquestes zones. Per tant els microorganismes s’han acostumat a viure amb un excés o falta de nutrients.
També afecten a l’activitat dels microorganismes, els agents antimicrobians que el que fan és inhibir o destruir la proliferació dels microorganismes. Els productes naturals que són agents antimicrobians, s’anomenen antibiòtics i la majoria són produïts pels mateixos microorganismes Microbiologia de les profunditats marines INTRODUCCIÓ Els oceans ocupen més de tres quartes parts del planeta, per tant els microorganismes marina constitueix una àrea destacada d’estudi. Tot i així, els microorganismes marina es troba en zones lluny de la costa (les profunditats marines estan situades en zones allunyades de la costa) on no tenen masses nutrients i per tant l’activitat microbiana no acostuma a ser massa intensa. Tot i així presenta diversos motius d’interès perquè presenten capacitat de creixement en: - baixes concentracions de nutrients - temperatures baixes - altes pressions hidrostàtiques (organismes abissals) COM SÓN LES PROFUNDITATS MARINES? BACTÈRIES BAROTOLERANTS BAROFÍLIQUES Hi ha tres tipus de bactèries en les profunditats marines: - BAROTOLERANTS - BARÒFILS - BARÒFILS EXTREMS La seva distribució depèn de la profunditat - Els organismes aïllats que viuen al voltant dels 400m de profunditat són barotolerants perquè la seva taxa metabòlica és més elevada si es cultiven a 1atm que a 400atm però la seva taxa de creixement és la mateixa per les dues pressions, tot i així a pressions superiors a 500atm no creixen.
- Els cultius de mostra de profunditats entre 5.000 i 6.000 m, són baròfils perquè presenten un creixement òptim a partir de les 400atm, tot i així encara conservem la capacitat de creixa a 1 atm.
- A profunditats extremes s’han trobat baròfils extrems estrictes, tenen un creixement màxim entre 700 i 800 atm i poden créixer fina a una pressió de 1.035 atm. Els baròfils extrems necessiten pressions elevades per poder viure.
Fisiologia dels baròfils La pressió afecta la fisiologia i la bioquímica de la cèl·lula. S’ha demostrat que a pressions elevades disminueix la capacitat de fixació dels enzims als seus substrats. Per tant, els enzims dels baròfils extrems deuen estar plegats de manera que l’efecte causat per les altes pressions sigui mínim. La síntesi de proteïnes i alguns fenòmens de membrana, com el transport, són també blancs potencials de l’efecte d’altes pressions. Un organisme que creixi a pressió elevada experimenta un augment en la concentració d’àcids grassos no saturats presents a la membrana plasmàtica. Aquest canvi pot ser que respongui a algun mecanisme adaptatiu perquè fa que la membrana tingui menys aspecte de gel quan la pressió és alta. És probable que la velocitat de creixement relativament lenta dels baròfils es degui, en part, a una combinació d’efectes de la pressió sobre els processos bioquímics de la cèl·lula i, per altra, a que aquests organismes només creixen a baixes temperatures, que causen una considerable disminució de la velocitat de les reaccions químiques.
La genètica molecular ha aportat una nova visió de la fisiologia dels baròfils. En els baròfils que creixen a pressions de 500-600 atm, s’ha demostrat que el creixement a alta pressió s’acompanya de canvis en la composició de les proteïnes de la membrana externa de la paret cel·lular. En un baròfil estudiat detalladament s’ha vist que una proteïna de la membrana exterior anomenada OmpH, es sintetitza quan les cèl·lules creixen sotmeses a altes pressions, però no si el creixement té lloc a 1 atm. OmpH és un tipus de porina, proteïnes estructurals a través de la membrana externa de la paret i fins al periplasma.
Segons sembla, la porina present en les cèl·lules de l’organisme baròfil que creix a baixes pressions no funciona adequadament a altes pressions, i ha de sintetitzar-se un altre tipus de molècula de porina.
El gen ompH (que codifica la proteïna ompH) d’aquest baròfil ha sigut clonat en E.coli. Els estudis de l’expressió del gen ompH d’aquest sistema experimental demostren que la pressió afecta a la seva transcripció ; l’ARN missatger que codifica ompH s’expressa en les cèl·lules d’E. Coli cultivades a 200 atm però no a 1 atm. A més a més, la seqüenciació del gen ompH ha demostrat que la proteïna ompH està relacionada amb la porina que es produeix a 1 atm, encara que sigui clarament diferent.
L’estudi del sistema ompH demostra que la pressió pot afectar l’expressió gènica en els bacteris baròfils. No es sap de quina manera passa això, però podria incloure les activitats de les proteïnes repressores sensibles a la pressió o activadores de gens que fossin dependents de la pressió. Tot i així, sembla que són relativament poques les proteïnes controlades per la pressió en els bacteris baròfils, perquè moltes de les proteïnes es troben en les cèl·lules tant si es cultiven a altes pressions com si creixen a baixes pressions. Les proteïnes de la paret cel·lular, així, com les de transport, semblen ser els components amb una major variabilitat. Per tant, la pressió actua de manera selectiva per connectar o desconnectar la transcripció dels gens específics que codifiquen les proteïnes necessàries pel creixement a alta pressió. És possible que el control de la majoria dels gens en els bacteris baròfils es vegi afectat per factors ambientals i nutricionals.
Fonts hidrotermals submarines La concepció general que es té de les profunditats marines com ambient remot, amb baixes temperatures i altes pressions on només poden viure bacteris barotolerants i barofíliques de creixement lent, és generalment correcte però hi ha excepcions. Distribuïdes per tots els fons marins, es troben comunitats molt actives d’animals la substistencia dels quals està assegurada per l’activitat de microorganismes que es troben al voltant de les fonts hidrotermals que sorgeixen en les grans profunditats.
Definició Les fonts hidrotermals submarines són surgències on l’activitat volcànica genera fluids que contenen elevades quantitats de fonts d’energia inorgànica, que poden ser utilitzades pels bacteris quimiolitòtrofs. Aquests bacteris fixen el CO2 autotròficament a carboni orgànic, part d’aquest és consumit pels animals de les profunditats marines. Les fonts hidrotermals submarines són hàbitats on els productors primaris són quimiolitòtrofs.
Tipus: - Fonts templades: expulsen fluid hidrotermal a temperatures de 6-23ºC, el fluid es refreda mitjançant l’aigua freda del mar. (2-3ºC) - Fonts calentes: expulsen fluid hidrotermal a 270- 380ºC. Poden anomenar-se també xemeneies negres (black smokers) degut a que l’aigua, molt rica en minerals forma un núvol fosc de material precipitat al barrejar-se amb l’aigua marina. Generalment es troben a una profunditat de 2000 metres.
Animals que viuen a les fonts hidrotermals submarines S’han trobat comunitats molt actives d’invertebrats, que inclouen cucs tubícoles de més de 2 metres de longitud i un elevat nombre de musclos i cloïsses gegants, gambes i peixos.
Com poden existir unes comunitats tan denses d’animals en absència de productors primaris fototròfics? D’on obtenen l’energia? Mitjançant anàlisis químiques del fluid hidrotermal sabem que hi ha gran quantitat de materials inorgànics reduïts, incloent H2S, Mn2+, H2 i CO. Algunes fonts contenen poc H2S, però tenen una altre concentració de NH4+. No s’ha trobat materia orgànica en el fluid de cap de les surgències estudiades fins al moment.
Les anàlisis químiques d’aquestes surgències i dels processos microbians associats posen de manifest que els animals que viuen allà depenen de l’activitat del quimiolitotròfics que creixen gracies a les fonts d’energia inorgàniques de les pròpies surgències.
En l’aigua marina es troba gran quantitat de carboni en forma de CO32- i HCO3-, és fixat a carboni orgànic pels quimiolitòtrofs, aquests formen la base d’una cadena d’alimentació molt curta en la qual es troben els animals que viuen a les fonts hidrotermals.
Microorganismes de les fonts submarines En les fonts hidrotermals i al seu voltant viuen molts quimiolitòtrofs oxidadors de sofre, com per exemple: Thiobacillus, Thiomicrospira, Thiothrix i Beggiatoa.
A partir de mostres recollides prop de les fonts hidrotermals, s’han pogut cultivar aquests organismes en el laboratori i mitjançant experiments in situ s’ha demostrat la fixació del CO2 i l’oxidació de l’H2S i S2O3- per poblacions naturals d’aquests bacteris. Altres fonts produeixen bacteris nitrificants, oxidadors d’hidrogen, oxidadors de ferro i magnesi i metilotòfs. Aquests últims possiblement es nodreixen del metà (CH4)i monòxid de carboni (CO) que desprenen les fonts.
(*) Es suposa que els quimiolitòtrofs desenvolupen una funció en l’ecologia de les fonts submarines.
No es tenen probes de que els animals d’aquests hàbitats es mengin els bacteris quimiolitotròfics. És la capacitat autotròfica d’aquests organismes la que proporciona l’aliment a aquets animals.
Nutrició dels animals que habiten al costat de les fonts submarines Els processos metabòlics de qualsevol organisme viu necessiten una font d’energia i una font de carboni per la producció de compostos orgànics. La fotosíntesis utilitza la llum del sol com font d’energia i el CO2 com font de carboni inorgànic. En la quimiosíntesis realitzada per les bactèries, la font de carboni és el CO2, però la font d’energia és química, obtinguda del sulfhídric (H2S) i el metà (CH4), i amb això produeixen matèria orgànica. Aquestes bactèries viuen lliures i també en simbiosis amb els animals, és a dir una relació de benefici mutu.
Un dels millors exemples de simbiosis entre animals i bactèries és el cuc tubícula gegant Ríftia. Els cucs tubícoles de 2 m de longitud , no tenen de boca, intestins o anus, però posseeixen un tub digestiu modificat format principalment per un teixit esponjós anomenat trofosoma. El teixit del trofosoma, que constitueix aproximadament el 50% del seu pes, conté grànuls de sofre; l'observació microscòpica permet apreciar en el teixit del trofosoma gran quantitat de cèl·lules procariòtiques, com són els bacteris oxidadors de sofre. El teixit del trofosoma també mostra activitat de l'enzim RubisCO i altres enzims del cicle de Calvin, la via metabòlica que utilitza la majoria dels organismes autòtrofs per a convertir el CO2 en material cel·lular.
Els bacteris quimiolitòtrofs alimenten a l'animal, ja que aquest es nodreix dels productes d’excreció dels simbionts i de les seves cèl·lules mortes.
El pogonòfor Riftia posseeix abundants vasos sanguinis, que utilitza per a on absorbeix oxígen, diòxid de carboni i sulfur de hidrogen de l’aigua marina. i transportar-los fins als quimiolitòtrofs en el trofosoma.
Una conclusió similar s'arriba a en relació amb la nutrició de les cloïsses i musclos gegants, presents al voltant de les fonts, ja que també s'han trobat comunitats de bacteris oxidadores de sulfur en les brànquies d'aquests animals.
El contingut de CO2 en la sang de Riftia també és elevat, i se suposa que s’allibera en el trofosoma com font de carboni per als simbionts.
Aigua molt calenta: xemeneies negres A 2600 metres de profunditat, els fluids hidrotermals surten a temperatures de 270-380ºC. El fluid hidrotermal emès per les xemeneies negres conté abundants sulfurs metàl·lics, especialment sulfurs de ferro, i es refreda ràpidament a l'entrar en contacte amb l'aigua freda del mar. Els sulfurs metàl·lics es precipiten i formen una torre al voltant del punt d'emissió, que es coneix com “xemeneia”. Encara que els procariotes en realitat no viuen en un fluid hidrotermal tan calent, tant els bacteris termòfils com les hipertermòfils viuen en el gradient aigua marina -fluid hidrotermal, que es forma quan l'aigua calenta es barreja amb l'aigua freda del mar. Per exemple, en les parets del tub de la xemeneia es troben abundants procariotes termofílics, com Methanopyrus, una arquea metanogènica que oxida l'H2 i ofereix un gran interès des del punt de vista evolutiu.
Metazous i xemeneies Algunes xemeneies de les fonts hidrotermals també estan colonitzades per metazous, especialment pel petit cuc tubícula Alvinella. Alvinella, també coneguda com “cuc de Pompeia”, creix en la superfície externa de la xemeneia i tolera l'aigua extremadament calenta que emet la surgència. La temperatura interna de l'animal pot arribar a els 80ºC. La superfície de Alvinella està coberta de bacteris filamentosos simbiòtiques, possiblement quimiolitòtrofs. Aquests bacteris filamentosos són una font d'aliment para Alvinella.
...