La microbiología del suelo es una rama de la ciencia del suelo que se ocupa de los microbios que se encuentran en el suelo y sus relaciones con la gestión del suelo, la producción agrícola y la calidad ambiental. Por lo cual, los microbiólogos del suelo estudian el número y los tipos de microbios que se encuentran en el suelo y los efectos que ellos tienen y sobre los procesos ecológicos del suelo, como el ciclo de nutrientes. 

Las aplicaciones de estos estudios tienen consecuencias importantes para la producción de cultivos, la calidad ambiental y la restauración de ambientes que han sido perturbados.

El hábitat del suelo

El suelo es el hábitat ideal para el crecimiento microbiano. Difiere notablemente del entorno de que los microorganismos encuentran cuando se cultivan en medios de cultivo de laboratorio tradicionales de dos maneras cruciales. En primer lugar, en un estado natural, el suelo es un medio heterogéneo de fases sólidas, líquidas y gaseosas, que varían en sus propiedades, tanto en todo su paisaje, con profundidad en un perfil a lo largo del tiempo. 

Los microbios generalmente existen como micro colonias aisladas o biopelículas en partículas minerales, materia orgánica, raíces, etc. Aquí dependen del movimiento de nutrientes hacia ellos por flojo masivo de agua del suelo o por difusión. Del mismo modo, deben depender de medios pasivos para la eliminación de toxinas de su localidad, a menos que sean móviles puedan moverse de un sitio a otro. 

En segundo lugar, en el suelo, existe competencia entre una enorme variedad de organismos por los nutrientes, el espacio y la humedad. La competencia se produce entre bacterias, actinomicetos o actinobacterias y hongos, así como otras formas de vida en el suelo, incluidos los animales y las raíces de las plantas. Si vamos. Entender los microbios del suelo, entonces desarrollar un conocimiento práctico del hábitat en el que crecen de suma importancia. 

Un hábitat del suelo que contiene partículas minerales del suelo (arena (Sa), limo (Si) y arcilla (C)), materia orgánica (MO), agua (W), raíces de plantas con pelos radiculares (R) y organismos del suelo (bacterias). (B), actinomicetos (A), esporas e hifas de micorrizas (My), hifas de un hongo saprófito (H), un nemátodo (N), protozoos ciliados (CP), protozoos flagelados (FP) y un ácaro ( M). Este suelo puede ser un hábitat de enorme complejidad y diversidad incluso en distancias pequeñas. Por ejemplo, el tamaño real del suelo en este dibujo es <1 mm en ambas direcciones, pero puede contener hábitats que sean ácidos a alcalinos, húmedos a seco, de aeróbico a anaeróbico, de reducido a oxidado y de pobre en nutrientes a rico en nutrientes. Darse cuenta de esta complejidad y diversidad es clave para comprender la microbiología del suelo. Fuente: Dibujo original de Kim Luoma.

Naturaleza de los organismos celulares.

La base de la materia viva es la célula. Cada célula es una entidad única formada por una mezcla compleja de materiales químicos y componentes subcelulares. La célula está limitada por la membrana citoplasmática, que separa el interior de la célula, conocido como citoplasma, del entorno externo.

Características de las células vivas.

Se reconocen dos tipos fundamentales de células vivas: procariotas (de pro, que significa "antes" y karyon, que significa "núcleo") y eucariotas (de eu, que significa "verdadero"). El término "procariota" ha generado cierta controversia entre los científicos modernos, y algunos incluso abogan por su desuso. Sin embargo, aquí continuaremos usando el término en su sentido clásico, ya que es útil para diferenciar dos tipos de organismos, es decir, describe células cuyo material nuclear (a menudo llamado nucleoide) no está limitado por una membrana nuclear (bacterias y archeas), en contraste a las células que tienen núcleos. 

Bacteria: célula procariota

Alga cianofícea: célula procariota

Hongos - Levadura: célula eucariota

Hongo - Micromiceto: célula eucariota

Alga: célula eucariota

En los eucariotas, el núcleo está en el citoplasma; está delimitado por una membrana nuclear distinta y contiene varias moléculas de ADN (cromosomas); También están presentes organelos unidos a membranas. Los eucariotas se dividen mediante el conocido proceso de mitosis. 

El procariota no tiene un núcleo bien definido (limitado por una membrana nuclear). Más bien, consta de una única molécula de ADN circular (el “cromosoma”): el nucleoide. La división celular en el procariota suele realizarse mediante fisión binaria (es decir,una división simple no mitótica). En la Tabla se presentan diferencias adicionales entre células procarióticas y eucariotas. Las bacterias (incluidas las cianobacterias y los actinomicetos) y las arqueas son procariotas, mientras que todos los demás organismos celulares son eucariotas; Los virus son únicos por ser acelulares, como se describe más adelante.

Las características clave que separan las células vivas de los sistemas químicos no vivos incluyen los que se encuentran en la tabla 1.

Clasificación de los organismos.

El estudio y uso de microorganismos son basados en nuestra habilidad para reconocer y establecer la identidad de los individuos.

La mayoría de los esquemas de clasificación están organizados para mostrar relaciones entre organismos. Esta disposición ordenada nos permite comunicar información descriptiva sobre el organismo a otros. Estos datos también se pueden ingresar en varias bases de datos microbianas, lo que permite recuperar información sobre organismos relacionados.

Al igual que otros biólogos, los microbiólogos utilizan el sistema de nomenclatura binomial de Linneo para nombrar a los microbios. El nombre de un organismo consta de un género y una especie (una especie de “nombre” y “apellido”). En los organismos evolutivamente más avanzados, las especies se definen como grupos de poblaciones naturales entrecruzadas o potencialmente entrecruzadas. Sin embargo, muchos microbios no se reproducen sexualmente por lo que esta definición no es muy útil. Los microbiólogos definen una especie como un grupo de individuos similares que son lo suficientemente diferentes de otros individuos como para ser considerados un grupo taxonómico reconocido. En el siguiente nivel taxonómico superior, un género (plural, géneros) puede definirse como un grupo de especies que comparten una propiedad (o propiedades) importante. Por ejemplo, el nombre binomial latino, Acidithiobacillus thiooxidans (abreviado A. thiooxidans una vez introducido por su nombre completo en el texto) es representativo de un grupo de individuos (especie: thiooxidans) que tienen la capacidad de oxidar azufre elemental y comparten algunas características comunes con otros organismos del género Acidithiobacillus. A menudo, los microorganismos reciben el nombre de una característica destacada que poseen (por ejemplo, A. thiooxidans es una bacteria con forma de bastón capaz de oxidar el azufre reducido para generar energía). En otros casos, los organismos reciben nombres para conmemorar las contribuciones de un científico destacado en el campo (por ejemplo, Nitrobacter winogradskyi, nombrado en honor del microbiólogo ruso del suelo Sergei Winogradsky).

Históricamente, los microbios se clasificaban según características taxonómicas que eran relativamente fáciles de observar y medir. Estos caracteres incluyen estructura celular, morfología, reacciones de tinción y parámetros fisiológicos (por ejemplo, capacidad para utilizar un carbohidrato particular, fijación de nitrógeno, etc.). Estas características son fenotípicas (basadas en características físicas, apariencia, etc.) más que genotípicas (basadas en relaciones genéticas) y pueden oscurecer relaciones genéticas importantes entre grupos de organismos relacionados.

S es la unidad de Svedberg 

b Algunos fitoflagelados tienen clorofila.

La gran mayoría de los microorganismos son unicelulares, aunque una parte de ellos tiene organización subcelular y unos pocos forman agrupaciones de células de tipo colonial que pueden llegar a constituir verdaderos organismos pluricelulares. 

Es importante recalcar que hay muchos organismos en la naturaleza que a pesar de pertenecer al mismo reino tienen tanto especies macroscópicas como microscópicas, en este grupo dual se encuentran los hongos, las algas y algunos parásitos. Es el estudio de los microorganismos y sus actividades. Esto concierne a su forma, estructua, fisiología, reproducción, metabolismo e identificación.

El objetivo de la Microbiología es comprender las actividades perjudiciales y beneficiosas de los microorganismos y mediante esta comprensión, diseñar la manera de aumentar los beneficios y reducir o eliminar los daños.

Los microorganismos son un grupo heterogéneo de entidades biológicas demasiado pequeñas para ser vistas a simple vista, siendo preciso el uso de equipos de aumento para poder observarlos. La mayoría de los avances importantes en microbiología se han producido en los últimos 150 años, y durante este tiempo se han desarrollado varias subdisciplinas importantes de la microbiología, incluida la ecología microbiana, la biología molecular, la inmunología, la microbiología industrial y la biotecnología. 

Aunque un pequeño porcentaje de microorganismos son dañinos para ciertas plantas y animales y pueden causar enfermedades graves en los seres humanos, la gran mayoría de los microorganismos brindan servicios beneficiosos, como ayudar en la purificación del agua y la producción de ciertos alimentos, y muchos son esenciales para el correcto funcionamiento de los ecosistemas de la Tierra.

La gran mayoría de los microorganismos son unicelulares, aunque una parte de ellos tiene organización subcelular y unos pocos forman agrupaciones de células de tipo colonial que pueden llegar a constituir verdaderos organismos pluricelulares. 

El desarrollo progresivo de herramientas de análisis basadas en el ADN durante las últimas décadas introdujo nuevas formas de determinar las relaciones entre organismos. Actualmente, los métodos más utilizados para identificar y determinar la relación de organismos se basan en la comparación de secuencias de genes de ARN ribosómico (ARNr), aunque el análisis del genoma completo se está volviendo más frecuente a medida que disminuyen los costos de secuenciación. Los conocimientos de estos análisis están revolucionando la taxonomía microbiana. El esquema tradicional de clasificación reconocía cinco reinos de organismos: bacterias, hongos, protistas (incluidos algas y protozoos), animales y plantas.

Hallazgos más recientes basados ​​en la filogenia molecular sugieren que hay tres dominios de los organismos vivos: Bacteria, Archaea y Eukarya (Fig. 1.2; Pace, 2009). Aunque la ubicación de los organismos en tres dominios se definió por diferencias dentro del gen rRNA, estudios posteriores revelan que los organismos en estos dominios también difieren en las propiedades de la pared celular, la composición de lípidos y los mecanismos de síntesis de proteínas. Debajo de los tres dominios, se han reconocido seis o más reinos.

Nuestra nueva comprensión del árbol de la vida contradice varias creencias arraigadas (Pace, 2009). Por ejemplo, la profunda divergencia entre Archaea y Bacteria destruye la noción de unidad evolutiva entre los procariotas, y parece que la línea Eukarya es tan antigua como las líneas procarióticas. Por muy prometedoras que hayan sido las primeras afirmaciones sobre la secuenciación molecular para determinar las relaciones entre organismos, sus aplicaciones no han conducido a la aceptación universal de la estructura exacta del árbol filogenético representado en la figura 1.2, excepto quizás en sus ramas más remotas. Las dificultades surgen hacia la raíz (base) del árbol. Woese (1998) lo expresó así; “Los linajes de organismos, y por tanto los organismos tal como los conocemos, no existían en estas primeras etapas. El árbol filogenético universal, por lo tanto, no es un árbol de organismos en su base, sino que gradualmente se convierte en uno a medida que emergen sus ramificaciones periféricas. El ancestro universal no es una entidad discreta. 

Es más bien una comunidad diversa de células que sobrevive y evoluciona como una unidad biológica. Este ancestro comunal tiene una historia física pero no genealógica. Con el tiempo, este ancestro se refinó en un número menor de tipos de células cada vez más complejos y, como resultado, surgieron los ancestros de los tres grupos principales de organismos”.

Estos organismos forman una comunidad increíblemente diversa (microbioma) dentro del suelo; por ejemplo, los microbiólogos del suelo estiman actualmente que puede haber entre 4.000 y 13.000 especies de bacterias, sin contar otros organismos, en un solo gramo de suelo. Estas estimaciones se basan en la diversidad de ADN extraído de muestras de suelo, ya que la gran mayoría de las bacterias del suelo (y otros microorganismos) aún no han sido cultivadas ni caracterizadas en el laboratorio. El microbioma del suelo sigue siendo una frontera científica en gran medida por descubrir y aún queda mucho por aprender sobre estos nuevos microorganismos.

En estos esquemas de clasificación no hay lugar para los virus . Los virus no son células porque carecen de una membrana citoplasmática con citoplasma interno; Sólo cuando los virus están asociados con otro organismo (p. ej., bacteria, planta, animal) pueden realizar los procesos vitales básicos, como se indica en el Cuadro 1.

Organismos en el suelo.

Los organismos del suelo son numerosos y muy diversos. Muchos organismos del suelo son pequeños y no pueden verse sin la ayuda de una lupa. Los organismos más pequeños, bacterias, actinomicetos, hongos y algas, se denominan colectivamente microflora. Los animales del suelo varían en tamaño desde microscópicos (microfauna) hasta ácaros, lombrices de tierra y pequeños mamíferos (mesofauna y macrofauna). Con excepción de algunos animales y hongos del suelo, la mayoría de los organismos del suelo son células individuales. Los capítulos 5 a 9 de este libro describen los microbios presentes en el suelo.

Excluyendo a los virus, las bacterias son los microbios más abundantes en el suelo (Tabla 1.2), alcanzando poblaciones de más de 100 millones (108) de individuos por gramo (g-1) de suelo y representando quizás hasta 10 a la 3 a 10 a la 4 especies diferentes. Los actinomicetos y los hongos son los siguientes microbios más numerosos en el suelo, con un número de 10 a la 7 a 10 a la 8 y de 10 a la 5 a 10 a la 6 ufc/g de suelo, respectivamente.

Aunque la naturaleza filamentosa de los hongos hace que la enumeración sea problemática. El número de animales del suelo varía ampliamente en el suelo, desde unos pocos hasta 106 por gramo de suelo. Es importante señalar, sin embargo, que debemos considerar algo más que el número de individuos en un gramo de suelo si queremos comprender las funciones microbianas en el suelo. Los microbios tienen una amplia gama de tamaños y morfologías; por lo tanto, es posible que las cifras por sí solas no proporcionen una buena indicación de la importancia de un grupo microbiano. Por ejemplo, aunque el número de bacterias suele ser varios órdenes de magnitud mayor que el de los hongos, los hongos generalmente aliados tienen una mayor biomasa total en el suelo.

Nunca se insistirá demasiado en la importancia de las mediciones en la microbiología del suelo.

Los científicos están interesados ​​en la cantidad o la actividad de los microbios en el sistema del suelo. Dado que los microbios frecuentemente varían hasta 10 a la 8 organismos por gramo de suelo, es necesario diluir las muestras para poder enumerar colonias en diversos medios. Como los números son grandes, frecuentemente los valores se expresan como una transformación logarítmica; por lo tanto, 108 (100 millones) de organismos por gramo de suelo también podrían expresarse como log10 8 organismos por gramo. El deseo de expresar las actividades microbianas como una función de velocidad también requiere estar familiarizado con los logaritmos, ya sea en base 10 (log10) o en base e (ln—logaritmo natural).

La posición relativa y el tamaño de los microbios del suelo dentro del hábitat del suelo se ilustran en la Figura 1. Las propiedades físicas, químicas e incluso biológicas del hábitat del suelo y sus interacciones con la comunidad residente de microbios del suelo tienen un impacto significativo en su crecimiento y actividad. A medida que se desarrolle nuestra comprensión de estas complejas relaciones, deberíamos ser más capaces de gestionar el suelo y sus microbios para el mantenimiento y mejora del suelo sin dañar el suelo como recurso.

Los microbios exhiben una enorme diversidad de funciones en el suelo. Por ejemplo, descomponen compuestos orgánicos liberando elementos inorgánicos, un proceso llamado mineralización, oxidan formas reducidas de elementos (por ejemplo, azufre elemental (S°) → sulfato (SO42), y reducir las formas oxidadas de elementos [por ejemplo, nitrato (NO3–) → gas dinitrógeno (N2)]. Además, la reducción del dinitrógeno a una forma biológicamente utilizable (amoníaco, NH3) y la degradación de desechos orgánicos y contaminantes a dióxido de carbono y agua son funciones importantes de los microbios del suelo. Las interacciones entre diferentes organismos, incluidas las raíces de las plantas, pueden generar beneficios para algunos organismos participantes, mientras que otras interacciones pueden tener un efecto perjudicial sobre el crecimiento o el desarrollo.