BLOQUE TEMÁTICO II-A LOS MICROORGANISMOS COMO PRODUCTORES PRIMARIOS

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1 BLOQUE TEMÁTICO II-A LOS MICROORGANISMOS COMO PRODUCTORES PRIMARIOS

2 PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN EL FUNCIONAMIENTO DE LOS ECOSISTEMAS Flujo de energía Algas eucarióticas Productores primarios Cianobacterias Anoxifotobacterias (aerobias y anaerobias) Reciclado de nutrientes Consumidores Procariotas quimiosintéticos Descomponedores

3 PRODUCTORES=AUTÓTROFOS FOTOSÍNTESIS OXIGÉNICA CO 2 + H 2 O M.O. + O 2 FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA CO 2 + M.O.+ SH 2 S 0 S 2 O 3 2- H 2 Comp. Org. reducidos S 0 SO 4 2- H 2 O Comp. Org. oxidados QUIMIOSÍNTESIS ( LITOTOTROFÍA) SH 2 NH 3 CH 4 H 2 Fe 2+ CO 2 SO 4 2- NO 2- ; NO 3 - CO 2 H 2 O Fe 3+ M.O.

4 Productores primarios microbianos en medios terrestres Tundra cubierta de líquenes (Peltigera) Comunidad endolítica (desiertos fríos, Antártida) Costras de cianobacterias (Nostoc) sobre suelos encharcados Líquenes sobre rocas desnudas

5 Consorcio microorganismos-planta Comunidades microbianas del subsuelo profundo Micorrizas Microorganismos de la rizosfera Nódulos fijadores N 2

6 Bloom de dinoflagelados (marea roja) Bloom lechoso de Emiliania huxleyi (cocolitofórido) Crecimiento masivo de bacterias rojas del azufre en la capa anóxica de un lago estratificado Bloom de fitoplancton en un lago eutrofizado

7 BIOMASA Y PRODUCCIÓN Biomasa: Cantidad de materia viva existente en una unidad de superficie (hábitats terrestres) o volumen (hábitats acuáticos). Se expresa, por ejemplo, en mg C m -2 Producción: Introduce un elemento temporal. Describe un cambio de biomasa en un determinado intervalo de tiempo. Se expresaría, por ejemplo en mg C m -2 h -1 Producción Primaria: Es la tasa de producción de materia orgánica, por unidad de área/volumen en un determinado tiempo, que realizan los organismos autótrofos (productores primarios) a través de los procesos de fotosíntesis o quimiosíntesis

8 La La producción primaria es es el el punto de de partida de de la la circulación de de energía y nutrientes a través de de las las cadenas tróficas. PRODUCCIÓN PRIMARIA BRUTA (PPB): Cantidad total de de energía fijada por por fotosíntesis o quimiosíntesis PRODUCCIÓN PRIMARIA NETA (PPN): Es Es la la diferencia entre la la PPB PPB y la la energía consumida por por los los propios PP PP para para su su mantenimiento (Respiración, R) R) La La PPN PPN (PPB-R) representa la la tasa tasa de de producción REAL de de nueva biomasa disponible para su su consumo por por los los microorganismos heterotróficos del del sistema

9

10 El número de microorganismos en los océanos se estima en 3,6x Hay mas microorganismos en el mar que estrellas en el universo visible (Copley, 2002) El 90-98% de la biomasa de los océanos son microorganismos La diversidad de bacterias en el océano se estima actualmente del orden de entre 5-10x10 6 (técnicas moleculares) Los microorganismos marinos son responsables de, al menos, la mitad de la Producción Primaria total del planeta, y del 98% de la PP en el medio marino Los microorganismos marinos conducen todos los ciclos biogeoquímicos y llevan a cabo el 95% de la respiración total del planeta

11 PRINCIPALES FACTORES REGULADORES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA Nutrientes Luz para producción primaria fotosintética o disponibilidad de otra fuente de energía inorgánica reducida para producción primaria quimiosintética Temperatura Depredación Otros factores: Ej, anoxia para la producción primaria fotosintética anoxigénica anaerobia; ph

12 PRINCIPALES FACTORES REGULADORES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA Nutrientes Dependen de las propias características del medio, de los procesos de estratificación y mezcla, de los procesos de circulación de las aguas o del aporte exógeno AFLORAMIENTOS (UPWELLING)

13 Relaciones alométricas Volumen= 4/3 r 3 Área= 4 r 2 Ø=1 mm Ø=1 m Una esfera de 1 mm tiene 1000 veces más superficie en relación con su volumen que otra esfera de 1 m de diámetro Nutrientes limitantes más comunes: N, P, Fe (medio marino) Los nutrientes se obtienen: Disueltos del medio Se liberan por acción exoenzimática Se adquieren capturando a otros organismos (mixotrofía)

14 LUZ VISIBLE Influye sobre la fotosíntesis en función de: la intensidad de la luz la calidad de la luz (longitudes de onda) La intensidad de la luz es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al foco emisor La tasa de extinción de la luz depende de la absorción y la dispersión

15

16 Zona Eufótica: Zona desde la superficie hasta la profundidad máxima a la que los productores pueden llevar a cabo la actividad fotosintética. Su profundidad llega hasta el punto de compensación Punto Punto de de compensación: Punto Punto más más profundo con con una una penetración eficaz eficaz de de la la luz luz y donde donde la la actividad fotosintética se se equilibra con con la la respiración (PPN=0).

17 Interacción entre el estado trófico y la disponibilidad de luz Oligotrófico Mesotrófico Eu/hipertrófico

18 Patrón de la Producción Primaria local (estuarios y plataforma continental)

19 PRINCIPALES FACTORES REGULADORES DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA Temperatura Depredación 3,5 3 2,5 2 1,5 CONTROL DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA POR TEMPERATURA Y MECANISMOS DE TOP-DOWN 1 0,5 0 XI-99 II-98 III-98 IV-98 V-98 VI-98 VII-98 VIII-98 IX-98 X-98 XII-98 I-99 II-99 III-99 IV-99 V-99 VI-99 VII-99 VIII-99 IX-99 X-99 g C m-3 h-1 XII-99 I-00 II-00 Laguna Dulce (Doñana)

20 Producción Primaria por Fotosíntesis Anoxigénica LAGO CISÓ

21 FOTOSÍNTESIS ANOXIGÉNICA Y QUIMIOLITOAUTOTROFÍA HOLOMIXIS García Castizano et al mm ºC 0,5 1 PROFUNDIDAD (m) 1,5 2 2,5 3 Bact. Foto. Anoxigéncas Bact Quimiolitotróficas Fito Oxigénico 7m O 2 NH 4 + Tª H 2 S 3, % mgl -1

22 Fotosíntesis anoxigénica anaerobia Bacterias rojas del azufre (Gen Chromatium) Crecimiento masivo de bacterias rojas del azufre en la capa anóxica de un lago estratificado Bacterias verdes del azufre (Gen Chlorobium) Capa de bacterias rojas del azufre en tapetes microbianos Contribución variable a la PPN fotosintética del sistema: Solar Lake (Península Sinaí) estimada en un 91%. En lagos de Wisconsin varia entre 0,26% y 6,3 %. En el mar Negro, superior a la fotosíntesis oxigénica

23 Fototrofía anoxigénica aerobia Bacterias aerobias obligadas fototróficas anoxigénicas ubicuitas en la zona fótica del medio marino Constituyen entre el 5%-10% del total de las bacterias en los 150 m superficiales. Pertenecen, mayoritariamente, al gen Erythrobacter Crecen fotoheterotróficamente pero, en ausencia de MOD, podrían ser capaces de fijar CO 2 durante la fotosíntesis sin utilizar el agua como donador Erythrobacter litoralis

24 FUMAROLAS HIDROTERMALES (MAGMA BASÁLTICO) El fluido hidrotermal sale cargado de sustancias reducidas (SH 2, H 2, CH 4, Mn y otros metales), anóxico, ph ácido (en torno a 4) y con frecuencia a elevadas temperaturas (hasta >350ºC) El ecosistema está basado en producción primaria quimiolitotrófica Al ser el H 2 S el compuesto dominante mas frecuente, domina la actividad sulfooxidante, aunque depende de los compuestos del fluido En los fluidos con temperaturas más elevadas y anóxicos dominan las arqueas hipertermófilas En los sedimentos aerobios del entorno crecen densos tapetes microbianos dominados por bacterias quimiolitotrofas Los animales de la fauna, sobre todo sésiles, se asocian simbióticamente con bacterias quimiolitotrofas (sobre todo sulfooxidantes )

25 Fuentes hidrotermales submarinas (Lost City) Formaciones de carbonato cálcico Fauna asociada Microorganismos en los fluidos hidrotermales

26 CHIMENEAS DE CARBONATO CÁLCICO: LOST CITY (Manto de peridotita) El fluido emerge a 40º-93ºC, anóxico, ph 9-11, cargado de CH 4 e H 2 y en menor proporción de SH 2. También se producen compuestos orgánicos de bajo PM La biomasa microbiana es elevadísima Los poros de las torres de carbonato tienen biofilms dominados por arqueas de varias decenas de mm de grosor (2x10 6-3x10 8 cel/gps) Las actividades microbianas se localizan en distintos nichos según el gradiente de temperatura Hay metanogénesis, metanotrofía anaerobia (ANME 1) y aerobia, actividad oxidante y reductora del azufre, y oxidante del hidrógeno Hay dos fuentes de metano una abiótica y otra biogénica( metanógenos a partir de H 2 y DIC del agua marina)

27 Depósitos de Metano hidratado

28 Fuentes frías submarinas Gusanos tubícolas, gorgonias, cangrejos (Golfo de México) Tapetes microbianos Gusano tubícola Mejillones, almejas y gusanos y gusanos (Florida) Gusanos del hielo Poliquetos hidratos de metano

29 FUENTES FRÍAS Fluidos fríos cargados de CH 4 de origen a) biológico (descomposición de M.O. en anoxia b) termogénico (transformación rápida de M.O a altas temperaturas en el subsuelo profundo), y en algunas fuentes también de SH 2 por sulfatorreducción bacteriana Los microorganismos son de vida libre, formando tapetes microbianos, o asociados simbióticamente con animales La producción primaria es quimiosintética: actividad metanotrofa y sulfooxidante

30 Microorganismos del subsuelo profundo

31 Vida microbiana en el subsuelo profundo dentro de la corteza ígnea (continental y oceánica) Los microorganismos son predominantemente quimiolitoautotróficos (bacterias y arqueas) Mayoritariamente bacterias del H 2, respirando CO 2 (acetógenas y arqueas metanógenas) o SO 4= (sulfatorreductoras). Tambien oxidadores del Fe2+, Mn2+,. dependiendo de las condiciones Posiblemente la metanogénesis es la actividad es la dominante en toda la corteza de la tierra desde hace miles de millones de años. Actúan como productores primarios, sustentando a otros microorganismos heterótrofos Origen abiótico del H 2 y otros compuestos Degasificación de rocas del manto (H 2, CO 2, H 2 S ) Serpentinización de rocas ultramáficas al reaccionar con H 2 O (H 2, CH 4 hidrocarburos) (3FeO+ H 2 O H 2 + Fe 3 O 4 ) Descomposición del agua (H 2 ) y de minerales de azufre (SO 4= ) por emisiones de isotopos radiactivos Son sistemas predominantemente autotróficos Independientes de la luz solar? origen de los microorganismos?

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