distribución en la naturaleza
los procariotas son ubicuos en la superficie de la Tierra. Se encuentran en todos los entornos accesibles, desde el hielo polar hasta las burbujeantes aguas termales, desde las cimas de las montañas hasta el fondo del océano, y desde cuerpos de plantas y animales hasta suelos forestales. Algunas bacterias pueden crecer en el suelo o el agua a temperaturas cercanas a la congelación (0 °C ), mientras que otras prosperan en el agua a temperaturas cercanas a la ebullición (100 °C )., Cada bacteria está adaptada para vivir en un nicho ambiental particular, ya sean superficies oceánicas, sedimentos de lodo, suelo o las superficies de otro organismo. El nivel de bacterias en el aire es bajo pero significativo, especialmente cuando se ha suspendido el polvo. En cuerpos naturales de agua no contaminados, los recuentos bacterianos pueden estar en miles por mililitro; en suelos fértiles, los recuentos bacterianos pueden estar en millones por gramo; y en heces, los recuentos bacterianos pueden exceder miles de millones por gramo.,
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los Procariotas son miembros importantes de sus hábitats., Aunque son pequeños en tamaño, su gran número significa que su metabolismo juega un papel enorme—a veces beneficioso, a veces dañino—en la conversión de elementos en su entorno externo. Probablemente todas las sustancias naturales, y muchas sintéticas, pueden ser degradadas (metabolizadas) por algunas especies de bacterias., El estómago más grande de la vaca, el rumen, es una cámara de fermentación en la que las bacterias digieren la celulosa en los pastos y piensos, convirtiéndolos en ácidos grasos y aminoácidos, que son los nutrientes fundamentales utilizados por la vaca y la base para la producción de leche de la vaca. Los desechos orgánicos en las aguas residuales o pilas de compost son convertidos por bacterias en nutrientes adecuados para el metabolismo de las plantas o en metano gaseoso (CH4) y dióxido de carbono., Los restos de todos los materiales orgánicos, incluyendo plantas y animales, finalmente se convierten en suelo y gases a través de las actividades de bacterias y otros microorganismos y, por lo tanto, se ponen a disposición para un mayor crecimiento.
muchas bacterias viven en arroyos y otras fuentes de agua, y su presencia a bajas densidades de población en una muestra de agua no necesariamente indica que el agua no es apta para el consumo. Sin embargo, el agua que contiene bacterias como E., coli, que son habitantes normales del tracto intestinal de humanos y animales, indica que las aguas residuales o materia fecal han contaminado recientemente esa fuente de agua. Tales bacterias coliformes pueden ser patógenos (organismos causantes de enfermedades), y su presencia indica que otros patógenos bacterianos y virales menos fácilmente detectados también pueden estar presentes. Los procedimientos utilizados en las plantas de purificación de agua—sedimentación, filtración y cloración—están diseñados para eliminar estos y otros microorganismos y agentes infecciosos que pueden estar presentes en el agua destinada al consumo humano., Además, el tratamiento de aguas residuales es necesario para evitar la liberación de bacterias y virus patógenos de las aguas residuales en los suministros de agua. Las plantas de tratamiento de aguas residuales también inician la descomposición de materiales orgánicos (proteínas, grasas y carbohidratos) en las aguas residuales. La descomposición de la materia orgánica por microorganismos en el agua consume oxígeno (demanda bioquímica de oxígeno), causando una disminución en el nivel de oxígeno, que puede ser muy perjudicial para la vida acuática en arroyos y lagos que reciben las aguas residuales., Uno de los objetivos del tratamiento de aguas residuales es oxidar tanto material orgánico como sea posible antes de su descarga en el sistema de agua, reduciendo así la demanda bioquímica de oxígeno de las aguas residuales. Los tanques de digestión de aguas residuales y los dispositivos de aireación explotan específicamente la capacidad metabólica de las bacterias para este propósito. (Para obtener más información sobre el tratamiento de aguas residuales, consulte trabajos ambientales: control de la contaminación del agua.)
Las bacterias del suelo son extremadamente activas en efectuar cambios bioquímicos mediante la transformación de las diversas sustancias, humus y minerales, que caracterizan el suelo., Los elementos que son fundamentales para la vida, como el carbono, el nitrógeno y el azufre, son convertidos por bacterias a partir de compuestos gaseosos inorgánicos en formas que pueden ser utilizadas por plantas y animales. Las bacterias también convierten los productos finales del metabolismo vegetal y animal en formas que pueden ser utilizadas por bacterias y otros microorganismos. El ciclo del nitrógeno puede ilustrar el papel de las bacterias en la realización de varios cambios químicos., El nitrógeno existe en la naturaleza en varios estados de oxidación, como Nitrato, Nitrito, gas dinitrógeno, varios óxidos de nitrógeno, amoníaco y aminas orgánicas (compuestos de amoníaco que contienen uno o más hidrocarburos sustituidos). La fijación de nitrógeno es la conversión del gas dinitrógeno de la atmósfera en una forma que puede ser utilizada por los organismos vivos. Algunas bacterias fijadoras de nitrógeno, como Azotobacter, Clostridium pasteurianum y Klebsiella pneumoniae, son de vida libre, mientras que las especies de Rhizobium viven en una asociación íntima con plantas leguminosas., Los organismos de Rhizobium en el suelo reconocen e invaden los pelos de la raíz de su huésped específico de la planta, entran en los tejidos de la planta y forman un nódulo de la raíz. Este proceso hace que las bacterias pierdan muchas de sus características de vida libre. Se vuelven dependientes del carbono suministrado por la planta y, a cambio de carbono, convierten el gas nitrógeno en amoníaco, que es utilizado por la planta para su síntesis y crecimiento de proteínas. Además, muchas bacterias pueden convertir el nitrato en aminas para sintetizar materiales celulares o en amoníaco cuando el nitrato se usa como aceptor de electrones., Las bacterias desnitrificantes convierten el nitrato en gas dinitrógeno. La conversión de amoníaco o aminas orgánicas a nitrato se logra mediante las actividades combinadas de los organismos aeróbicos Nitrosomonas y Nitrobacter, que utilizan amoníaco como donante de electrones.
(izquierda) Encyclopædia Britannica, Inc.,; (derecha) fotografía, © John Kaprielian, the National Audubon Society Collection / Photo Researchers
en el ciclo del carbono, el dióxido de carbono es convertido en materiales celulares por plantas y procariotas autotróficos, y el carbono orgánico es devuelto a la atmósfera por formas de vida heterotróficas. El principal producto de descomposición de la descomposición microbiana es el dióxido de carbono, que se forma por organismos aeróbicos respirantes.,
El metano, otro producto final gaseoso del metabolismo del carbono, es un componente relativamente menor del ciclo global del carbono, pero de importancia en situaciones locales y como fuente de energía renovable para uso humano. La producción de metano es llevada a cabo por los procariotas metanogénicos altamente especializados y obligatoriamente anaerobios, todos los cuales son arqueas. Los metanógenos usan dióxido de carbono como aceptor terminal de electrones y reciben electrones del gas hidrógeno (H2). Algunas otras sustancias pueden ser convertidas en metano por estos organismos, incluyendo metanol, ácido fórmico, ácido acético y metilaminas., A pesar de la gama extremadamente estrecha de sustancias que pueden ser utilizadas por los metanógenos, la producción de metano es muy común durante la descomposición anaeróbica de muchos materiales orgánicos, incluyendo celulosa, almidón, proteínas, aminoácidos, grasas, alcoholes y la mayoría de otros sustratos. La formación de metano a partir de estos materiales requiere que otras bacterias anaeróbicas degraden estas sustancias ya sea en acetato o en dióxido de carbono y gas hidrógeno, que luego son utilizados por los metanógenos., Los metanógenos apoyan el crecimiento de las otras bacterias anaerobias en la mezcla al eliminar el gas hidrógeno formado durante sus actividades metabólicas para la producción de metano. El consumo del gas hidrógeno estimula el metabolismo de otras bacterias.
a pesar del hecho de que los metanógenos tienen una capacidad metabólica tan restringida y son bastante sensibles al oxígeno, están muy extendidos en la Tierra. Grandes cantidades de metano se producen en ambientes anaeróbicos, como pantanos y pantanos, pero también se producen cantidades significativas en el suelo y por animales rumiantes., Al menos el 80 por ciento del metano en la atmósfera ha sido producido por la acción de metanógenos, el resto siendo liberado de depósitos de carbón o pozos de gas natural.