«Biología del suelo»
Son importantes en el ciclo del nitrógeno por transformar amonio (NH4) a nitrito (NO2-) y así obtienen su energía de laquimiosíntesis.
Mientras que los genomas de algunos Nitrosomonas especies aún no se han secuenciado, hay muchas áreas de investigación que se han beneficiado de la secuenciación de Nitrosomonas europaea yNitrosomonas eutropha , incluido el tratamiento de aguas residuales, la agricultura y la biogeoquímica. Haga clic aquí para genoma completo de GenBack para Nirtosomonas europaea .
Estructura Celular y Metabolismo
Nitrosomonas son chemolithoautothrophs forma de bastón con un metabolismo aeróbico. Si bien no crecen por la fotosíntesis, su comportamiento metabólico inusual implica quemar amoníaco con oxígeno. Largas, delgadas membranas internas de uso de celular electrones de las bacterias de átomo de nitrógeno de amoniaco para producir energía. Con el fin de completar la división celular, Nitrosomonas debe consumir grandes cantidades de amoníaco, lo que hace el proceso de división durar varios días. Las células crecen, ya sea en parejas o en cadenas cortas. En la nitrificación Nitrosomonas desempeña el papel de oxidar el amoníaco a nitrito, que se convierte luego en nitrato por otras bacterias.
Ecología
Las bacterias nitrificantes tales como Nitrosomonas juegan un papel importante en el suministro de nitrógeno a las plantas y la limitación de la fijación del dióxido de carbono. Se encuentran ampliamente distribuidos en el suelo o el agua, donde hay grandes cantidades de amoníaco, como lagos o arroyos en los que tratar y aguas residuales sin tratar se bombea. Nitrosomonashace lo que puede para evitar la luz, por lo que puede aparecer como matas de limo en Para protegerse. Se encuentra a menudo en las paredes de edificios de piedra o en la superficie de los monumentos, donde su producción de ácido nítrico del aire puede causar erosión de la piedra bajo. Si bien en algunos aspectos Nitrosomonas ' efecto en amoniaco es positivo, la agricultura puede ser un problema. La nitrificación, el ciclo en el que Nitrosomonas actúa como iniciador mediante la oxidación de amoníaco a nitrito, puede dejar el nitrato en el suelo más susceptibles a la lixiviación y por lo tanto menos disponible para las plantas. Hay algunos inhibidores de la nitrificación, que ralentizan el proceso de nitrificación, lo que es menos posible que el nitrato que se pierde debido a la lixiviación.
Los rizobios (del idioma griego riza = raíz y bios = vida, singular rhizobium, plural rhizobia) son bacterias del perfil de suelo quefijan nitrógeno diazotrófico después de haberse establecido endosimbióticamente dentro de nódulos radiculares de las leguminosas (Fabaceae). Los rizobios no pueden independientemente fijar nitrógeno atmosférico: requieren una planta hospedante. Morfológicamente son, en general, gram negativas, mótiles y no esporulan.- ...........................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=30567f7b3fd105f00523ef8155c36f7bbc0036e3&writer=rdf2latex&return_to=Rizobio
La rizosfera es la parte del suelo inmediata a las raíces vivas y que está bajo la directa influencia de éstas.Los hongos de la rizosfera forman interacciones de simbiosis con las raíces de plantas que favorecen la ingesta de nutrientes, la tolerancia a heladas y la protección en contra de patógenos. Se conocen como micorrizas y son redes de comunicación física que permiten el movimiento de nutrientes entre hongos y plantas, e incluso entre plantas a través de los micelios.2 Un ejemplo de esto son las micorrizas entre Vicia faba y Glomus intraradices que, a través de redes miceliales establecen un puente de comunicación entre plantas, permitiendo a las plantas que han sido atacadas por áfidos enviar señales para prevenir a las plantas vecinas que no han sido atacadas.
En los 50´s el descubrimiento del ADN hace retroceder a la ciencia hacia el modelo mecanicista bajo la premisa de que todas las funciones biológicas podrían ser explicadas en términos de estructuras moleculares. Hoy, aunque se conoce mucho de los genes se sabe muy poco acerca de la forma en que cooperan, se comunican y hacen posible el desarrollo de los organismos. El 95% del ADN es empleado en funciones integradoras que se desconocen.
En los 70´s las teorías de Bertalanffy y Bogdanov a cerca de los sistemas vivos como sistemas abiertos hacia el exterior al intercambio de materia y energía y cerrados al interior de sus interacciones, las cuales presentan patrones característicos de organización que hacen posible la homeostasis, fueron fuertemente criticadas al no poder ser demostradas a través de modelos matemáticos lineales. Años más tarde con el desarrollo de modelos matemáticos no lineales y computadoras, fue posible demostrar su aplicación y se comienza a trabajar sobre el concepto de Patrones.
Se entiende por patrón de organización, una configuración de relaciones características de un determinado sistema. Las propiedades del sistema emergen de esa configuración ordenada y una vez que el patrón se desintegra, cesa la vida.
Hay un patrón de organización común a todos los seres vivos en forma de red, al cual responden partes del organismo, organismos y comunidades de organismos.
Los sistemas auto organizados son sistemas abiertos operando lejos del equilibrio, atravesados constantemente por flujos de materia y energía. Los componentes del sistema interactúan de manera no lineal originando bucles de retroalimentación y además, poseen estructuras disipativas que les permiten mantener sus procesos vitales bajo condiciones de no - equilibrio.
Cuando los flujos de materia y energía aumentan creando grandes inestabilidades en el sistema que son amplificadas por los bucles de retroalimentación, el sistema llega a un punto crítico, absorbe energía y la integra en su propia estructura dando origen a la emergencia de nuevos comportamientos y estructuras más complejas, es decir, un nuevo estado de orden.
Manfred Eigen propuso que el origen de la vida pudo ser el resultado de un proceso de organización progresivo de sistemas químicos alejados del equilibrio que involucraron hiperciclos catalíticos en donde las enzimas producidas en un ciclo actúan como catalizadores en el ciclo siguiente. Los hiperciclos son capaces de auto reproducirse exactamente y de corregir errores de reproducción de manera que pueden conservar y transmitir información compleja. Sin embargo los ciclos catalíticos por si solos no pueden considerarse sistemas vivos a menos que estén limitados por un perímetro dentro del cual se lleven a cabo.
Humberto Maturana y Francisco Varela a partir de sus estudios en neurología, plantean que los seres vivos son sistemas autopoiesicos, es decir, que poseen un patrón general de organización en un proceso causal circular cerrado que permite la evolución de los componentes interactuando entre sí, produciendo, transformando y manteniendo otros componentes al interior del sistema sin que la circularidad global de la red se pierda y en donde la organización de los componentes del sistema se manifiesta como una estructura física especifica que diferencia a cada organismo.
El sistema permanece vivo solamente mientras se encuentre en estado de autopoiesis. Los seres vivos son redes de producciones moleculares en las que las moléculas producidas generan con sus interacciones la misma red que las produce.
James Lavelock, da vida a la Hipótesis Gaia, en donde la tierra es un todo que actúa como un sistema vivo auto organizador, alejado del equilibrio, en donde la capacidad principal de los bucles de retroalimentación es la de vincular sistemas vivos y no vivos. La atmósfera es un sistema alejado del equilibrio químico, atravesado por flujos de materia y energía que son reaprovisionados constantemente por la vida terrestre y que es capaz de auto regularse y mantener una temperatura adecuada para la permanencia de la vida.
8.2 Ultraestructura: Un atributo emergente del Sistema Suelo
A nivel micro, el suelo se estructura integrando cavidades, partículas minerales y orgánicas con tamaños entre 0.05 y 0.1 µm y a veces menores, que junto con las células (bacterianas y de las raíces de las plantas), microorganismos, excreciones y exudados conforman redes dentro de un sistema de donde emergen propiedades importantes como la estructura, drenaje, reservas de materia orgánica y metabolismo del suelo así como el desarrollo de las plantas.
El tamaño de los componentes del sistema a nivel de ultra estructura es tan pequeño que para poder ser observado por microscopía electrónica y otras técnicas especiales, es necesario fijar las partículas de los montajes con metales pesados a fin de incrementar su electro densidad. Aún así, es necesario asumir que no todos los componentes a nivel de ultra estructura pueden ser observados con las herramientas disponibles. Los carbohidratos por ejemplo, no pueden ser teñidos y se observan como espacios transparentes dentro de minerales más densos.
Las cavidades se forman a partir de fragmentos de cuarzo y micas, los cuales en su parte más ancha miden 0.01 µm . Esta partículas son recubiertas por arcillas y por efecto de la humedad se pulen y adelgazan dejando túneles que generalmente se llenan de agua. La materia orgánica que logra penetrar en ellos es encapsulada por capas de arcillas quedando así protegida del metabolismo bacteriano.
Autores: Galvis, Amézquita, & Madero (2007).
La materia orgánica se encuentra en diversas formas y puede ser observada una vez se fija con metales pesados como osmio y uranio. Entre los grupos orgánicos pueden observarse polisacáridos amorfos, carbohidratos, materiales húmicos globulares y amorfos de entre 5 y 10 µm y fibras de residuos de lignina provenientes de paredes celulares secundarias de 10 nm de longitud.
Autores: Galvis, Amézquita, & Madero, (2007)
En condiciones húmedas, donde la actividad microbiana es lenta, los residuos vegetales se van acumulando en capas intercaladas con capas de arcilla y de bacterias. Algunas de esas bacterias quedan encapsuladas por cutanes y sus contenidos celulares totalmente preservados. Esto es a lo que se denomina "Colonias fantasma". Cuando se produce la lisis de esas células, éstas proveen nutrientes a otros microorganismos. Los carbohidratos granulares y fibrosos derivados de éstas colonias confieren estabilidad y otras propiedades importantes al suelo.
A nivel de raíz es necesario analizar sus diferentes partes, pues cada una de ellas tiene una función específica tanto en la conformación de la ultra estructura como en la interface suelo- raíz.
La cofia es una masa de tejido que se encarga de proteger el meristemo apical de la raíz. Posee células ricas en almidón a partir del cual se produce un gel que permite a las raíces deslizarse y penetrar en el suelo. Además, las partículas de almidón hacen posible la respuesta de geotropismo positivo del crecimiento de la raíz.
Las células, embebidas permanentemente en éste gel, se hinchan y se desprenden de la raíz. El almidón que contienen les sirve de reserva y pueden sobrevivir hasta por tres semanas, durante las cuales siguen produciendo gel que ayuda a estructurar el suelo. Una vez que colapsan sirven de sustrato a colonias bacterianas.
El tejido detrás de la cofia se denomina epidermis joven, el cual tiene una actividad de división y alargamiento celular muy alta. La pared celular de las células epidermales está constituida por pectina y hemicelulosa y el gel es limitado por una membrana de tres capas correspondiente a la cutícula. La raíz induce a la formación de gel cuando se encuentra en alguna situación de estrés hídrico que pueda llevarla a la muerte celular.
Los pelos radiculares se originan dentro de la pared secundaria, penetran los mucílagos de la pared primaria y finalmente emergen a la rizósfera. También poseen una pared primaria mucilaginosa encapsulada en una cutícula. Las lectinas involucradas en el reconocimiento de las simbiosis leguminosa - Rhizobium, actinomicetos fijadores de nitrógeno y micorrizas son secretadas por los pelos radiculares.
Figura 36. Rizósfera
En suelos pobres en hierro y manganeso, las raíces secretan citrato a fin de poder disolver y quelatar éstos minerales y dejarlos disponibles para la absorción. En algunas especies vegetales como el girasol, la deficiencia de hierro induce a la diferenciación de células externas de la epidermis en células de transferencia, en donde se modifica su capa externa generando una mayor superficie de contacto.
A medida que la raíz penetra en el suelo, las partículas minerales desgarran la cutícula y así el mucílago comienza a fluir hacia el suelo, imbibiendo partículas sólidas y colonias de microorganismos, formando una mezcla íntima de compuestos minerales y biológicos.
El desprendimiento de mucílago, ácidos orgánicos y células de la raíz induce rápidamente a la actividad microbiana. La mayoría de microorganismos de encuentran en los primeros 50 µm de la superficie de la raíz y solamente se establecen en las zonas con mucílago o en donde hay lesiones que permiten la lisis celular y por consiguiente su desarrollo.
A su vez, los microorganismos íntimamente ligados al mucílago de la raíz, producen excreciones que son estructural y bioquímicamente diferentes a éste. A éste complejo mucílago - microorganismos - excreciones, se le denomina mucigel, puesto que es imposible diferenciarlos unos de otros.
En el rizo plano también se establecen junto con microorganismos, macro y meso organismos, formando entre todos, ecosistemas supresivos de bacterias, a la vez que estimulan el ciclaje de nitrógeno y fósforo y por ende el crecimiento de las plantas.
La endorizósfera está constituida por los espacios inter celulares del cortex de la raíz en donde se desarrollan colonias de microorganismos como bacterias y micorrizas. Las bacterias generalmente viven de la lisis de las células del mucílago intercelular de manera que no causan ningún daño al hospedero. La lisis de las células corticales es regulada genéticamente por la planta. Las micorrizas, ayudan a prolongar la vida de las células corticales por varias semanas.
En la endorizósfera por lo tanto pueden vivir microorganismos inocuos a la planta, microorganismos benéficos que hacen simbiosis con la raíz y microorganismos patógenos que causan la lisis de las células corticales y propician la aparición de colonias de saprofitos y patógenos.
Si entendemos que la vida obedece a un sistema con un patrón organizado que configura las relaciones que dan origen a sus propiedades emergentes podremos entonces acercarnos a la comprensión de la complejidad del "sistema suelo planta".
Así, podemos con certeza caracterizar dicho sistema como un sistema vivo, puesto que cumple con todos los requisitos:
- Es un sistema auto organizado, que permanece estable y alejado del equilibrio. Su capacidad de auto organización es la capacidad de resiliencia producto de sus propiedades físicas, químicas y biológicas.
- Cuenta con estructuras disipativas que le permiten mantener su homeostasis tales como la formación de carbonatos en el ciclo de fijación de carbono, la interacción de la materia orgánica y su biota en la amortiguación del pH y la quelación de elementos metales por parte de los ácidos orgánicos tanto de la materia orgánica como del mucigel que precipitan y detoxifican el suelo.
- Crea bucles de retroalimentación como la dinámica de la mineralización de la materia orgánica. Cada una de sus fracciones o estados de oxidación y su macro y microbiota asociada, son a la vez nuevas estructuras del sistema que se recrean a través de hiperciclos y estructuras disipativas por cuanto la materia orgánica actúa quelatando y precipitando elementos tóxicos, regula el pH y la C.E del suelo, retiene humedad, incrementa la C.I.C, mantiene la estructura del suelo y crea micro sitios favorables para los microorganismos y el crecimiento de las raíces.
- El sistema es abierto al flujo de materia y energía, atravesado permanentemente por energía calórica proveniente del sol y del metabolismo de macro y micro fauna, por energía química, producto de las reacciones químicas del metabolismo del suelo, por energía eléctrica, producto del intercambio de cargas a nivel de la fase cambiable del suelo y por materia en todos sus estados (sólida, líquida y gaseosa); y es cerrado a su interior dentro de los límites que le impone su propia capacidad de resiliencia. Una vez se agota la capacidad de Resiliencia, todo el sistema cambia de orden y emerge a un nuevo estado. Si el disturbio es demasiado fuerte, entonces veremos la muerte del suelo.
- Según el patrón especifico de organización del suelo se comportarán todas las partes de los organismos, los organismos mismos y las comunidades de organismos que viven en él.
Las plantas y microorganismos están adaptados a condiciones ambientales específicas. Por ejemplo, en un suelo que ha llegado a un punto crítico de salinidad, las células y los organismos conformados por ellas pueden colapsarse (plantas y microorganismos no tolerantes), habrá un cambio de orden en donde nuevas comunidades de plantas y su biota asociada aparecen, células y plantas que pueden dar un salto evolutivo y adaptarse o perderse para siempre la productividad del sistema.
En cualquiera de los casos, el sistema habrá absorbido el flujo de materia y energía, lo habrá incorporado a él y habrá cambiado de estado.
- Hay hiperciclos que actúan dentro de perímetros limitados, conformando sistemas de redes dentro de redes, a través de bucles de retroalimentación que vinculan elementos vivos (organismos del suelo - plantas- animales) y no vivos ( suelo- agua). Los microorganismos y las raíces de las plantas generan enzimas y ácidos orgánicos, que actúan en ciclos catalíticos y metabólicos que alteran materiales minerales y orgánicos generando productos que a su vez alimentarán nuevos ciclos.
A través de las diferentes rutas respiratorias generarán oxígeno y dióxido de carbono, regulando de esa manera los ciclos del carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, hidrológico y térmico de todo el sistema tierra. Estos hiperciclos tienen límites a diferentes niveles como son los límites físicos del suelo que comienzan en la ultra estructura y terminan en lo que vemos como corteza terrestre, las membranas celulares, órganos, organismos y finalmente la atmósfera terrestre, límite del gran sistema Gaia.
- A través de la integración de bucles de retroalimentación interactúan cavidades, partículas minerales y orgánicas, células (bacterianas y de las raíces de las plantas), microorganismos, excreciones y exudados y sus derivados como carbohidratos granulares y fibrosos, materiales orgánicos globulares y amorfos que conforman redes dentro de un sistema de donde emergen propiedades importantes como la estructura, drenaje, reservas de materia orgánica y metabolismo del suelo y por tanto, las condiciones necesarias para la vida de comunidades de plantas y animales.
- Las raíces de las plantas y cada una de sus partes interactúan de manera diferente con el suelo generando condiciones específicas que influyen en la ultra estructura del suelo y a través del bucle interfase raíz - suelo en todo el sistema.
El suelo es un sistema vivo y Gaia permanecerá en el estado de orden que conocemos durante tanto tiempo como sus estructuras disipativas sean capaces de mantener la homeostasis de un sistema que cada día se aleja más del equilibrio a causa de la ignorancia del hombre.
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