COLEGIO UNIVERSITARIO HUMACAO DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA ECOLOGIA MICROBIANA

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1 COLEGIO UNIVERSITARIO HUMACAO DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA ECOLOGIA MICROBIANA TEMA : CICLOS BIOGEOQUIMICOS Dr. Francisco A. Fuentes I- Los procesos biogeoquímicos son procesos dirigidos directa o indirectamente por el flujo de energía radiante. A- Actividades biogeoquímicas han alterado las condiciones de la Tierra en forma unidireccional 1- Cambios más cruciales: a- descomposición de materia orgánica formada por procesos abióticos en la Tierra primitiva por formas heterotrofas primitives b- cambio de la atmósfera reductiva original a una atmósfera oxidante por la actividad de fototrofos oxigénicos B- Actualmente los procesos biogeoquímicos tienden a ser cíclicos produciéndose un equilibrio dinámico entre varias formas de materiales ciclados. En la ausencia de dicho equilibrio la diversidad metabólica que hoy observamos no existiría. No obstante algunos materiales se transforman a través de ciclos cerrados. Algunos materiales son importados o exportados de los ecosistemas, resultando ser accesibles o inaccesibles a actividades microbianas. (Ej. Combustibles fósiles y la piedra caliza "limestone ) C- Eficiencia en retención de nutrientes esenciales y otros materiales: 1. Ecosistemas eficientes (de alta productividad primaria ): arrecifes de coral, bosques tropicales 2. Ecosistemas de baja eficiencia (de baja productividad primaria) : habitads epipelágicos D- Razón de intensidad de ciclos biogeoquímicos: 1. C,H,O,N,P,S - elementos biogénicos con una alta intensidad de movilización cíclica 2. Elementos trazas - presentan baja intensidad de mobilización cíclica 3. Fe, Mn, Ca, Si - son la excepción a la regla, aún cuando son micronutrientes se mobilizan intensamente en forma oxi-reductiva. 4. Elementos no esenciales y elementos tóxicos - también son reciclados según lo evidencia:

2 a- bioacumulación de isótopos de Cesium y Estroncio b- metilación microbiana de mercurio, plomo y arsénico Los microorganismos son fuentes de compuestos particulares en la ecosfera y depósitos (reservorios) de otros. El transferimiento de materiales entre los resevorios es mediado por enzimas. Las actividades enzimáticas críticas dentro de un habitad pueden estar asociadas a una población microbiana en particular o con múltiples poblaciones de plantas y animales. No obstante algunas transformaciones elementales son de naturaleza abiótica. La intensidad o razón de reciclaje bioquímico para cada elemento esta correlacionado con la cantidad del elemento en la composición química de la biomasa (ver Tabla 10. 1). (tomado de Atlas y Bartha, 2002, Ecología Microbaina y Microbiología Ambiental, Addisson Wesley) E- Reservorios y razones de transferimiento: 1. Definición de reservorio: Cada una de las formas químicas de un elemento químico. Los reservorios globales tienden a ser estables en el marco de tiempo de la historia humana, pero

3 pueden sufrir cambios a través de las edades geológicas. (ver figura 10. 1) II- Ciclo del carbono : Figura 10. 2) A- Reservorios principales del carbono (tabla 10. 2)

4 RESERVA Atmósfera antes de 1850 Atmósfera en 1978 Agua de mar y agua dulce Carbono inorgánico Carbono orgánico disuelto Biota del suelo CANTIDAD (miles de millones de toneladas de carbono) , Materia orgánica del suelo Sedimentos Combustibles fósiles ,000,000 10,000 B- La reducción de CO 2 es dirigida esencialmente por el proceso de fotosíntesis. El transferimiento de CO 2 a través de todos los componentes bióticos de un ecosistema lo podemos representar a través del concepto de redes alimenticias. El transferimiento del carbono a través de los diferentes niveles tróficos de un ecosistema esta ilustrado en la figura El transferimiento de la energía almacenada en compuestos orgánicos de un organismo a otro, establece una cadena alimenticia. El transferimiento ocurre en etapas, cada una de las cuales constituye un nivel trófico. El bióxido de carbono reducido a materia orgánica por los productores primarios representa la productividad primaria bruta. El proceso es llevado a cabo predominantemente por organismos fotosintéticos. La conversión de energía radiante a energía química almacenada en compuestos orgánicos es la esencia de la productividad primaria. Una porción de la productividad primaria se oxida de nuevo a bióxido de carbono a través del proceso de respiración que llevan a cabo los productores primarios. C- Métodos para estimar productividad primaria : tema discutido anteriormente en clase 1. Botellas claras- obscuras a- cambios en oxígeno disuelto b- cambio en ph c- incorporación de 14 CO 2

5 2. Acumulacieon CO 2 en el hipolimnion D- Equilibrio : productores vs consumidores 1. Fotosíntesis vs Respiración 2. Factores que afectan el equilibrio 3. Efecto Invernadero 4. Contraefecto del efecto invernadero a- aumento covertura de nubes b- aumento de temperatura c- aumento en concentraciones de sulfatos provenientes de la quema de combustibles E- Reciclaje de carbono dentro del habitad: 1. Reciclaje y degradación de materia orgániaca asimilable es llevado a cabo por heterotrofos 2. Degradación de biopolímeros difíciles de degradar y de xenobióticos es efectudada por microorganismos 3. Persistencia de substancias inherentemente biodegradables a- influencia del ambiente b- influencia de patrones de regulación del metabolismo celular 4. Recalcitrancia de polímeros sintéticos 5 Transformaciones de carbono : a- Metanogénesis c-acetogénesis b- Metilotrofía d- Reciclaje de monoxido de carbono