Devoradores de rocas, formadores de suelos: Microrganismos litótrofos

Microrganismos litótrofos: Fuente: Colaje Imágenes Google

Una de las primeras lecciones que aprende un estudiante de edafología consiste en que los suelos se forman a partir de la descomposición o alteración biogeoquímica de las rocas, así como de los elementos que transportan el viento y la atmósfera, depositándose en ellos. Este proceso es realizado por las sustancias desprendidas por la materia orgánica, exudados de las raíces de las plantas, etc. liberando elementos químicos que pasan a la solución del suelo, propiciando, de diversas formas, su agresión a los materiales litológicos hasta desmenuzaros y convertirlos en otros propiamente edáficos. Obviamente, tampoco se discute que los organismos del suelo también son agentes a tener en cuenta. Ahora bien, poco se ha estudiado el papel que desempeñan las propias formas de vida de los suelos, regolitos y rocas, como lo son los denominados microrganismos litótrofos (ciertas bacterias y arqueas) que llevan a cabo todo su ciclo vital nutriéndose de elementos inorgánicos, como por ejemplo el azufre y el hierro (pertenecen al grupo más genérico de los seres autótrofos). Como corolario, se genera una importante laguna de conocimiento que necesitamos rellenar.

En esta tesitura, algunos investigadores integrantes de la iniciativa denominada “Zona Crítica Terrestre”, basándose en datos previos, han logrado acceder a un proyecto de investigación subvencionado generosamente, como podréis observar en la nota de prensa que os dejamos al final del post, tanto en suajili como  también traducida al español-castellano.   Antes de comenzar a leer tales noticias hagamos un extracto aquí que os invite a curiosear, ya que merece la pena.  “los estudios preliminares (…) revelaron un comportamiento bacteriano que no podían explicar. Encontraron mayores cambios en las bacterias cuanto más profundamente miraban en los suelos, pero solo en la mitad de los lugares que tomaron muestras. Con la otra mitad, las bacterias no cambiaron con la profundidad. (…) «Queremos entender por qué es así (…). «¿Cuánto es esto impulsado por los tipos de rocas en los diferentes sitios? ¿Qué papel juega la vegetación? ¿Por qué viven donde viven? (…) Preguntas que durante los próximos años intentaran responder con la financiación concedida». Empero tangamos en cuenta que la zona crítica terrestre abarca desde la cubierta vegetal hasta las aguas subterráneas. Con toda seguridad, los resultados obtenidos nos depararán grandes sorpresas.  En 2006, cuando surgió, me interesé por esta iniciativa, comenzando a redactar una serie de post que ahora se encuentran ubicados en la categoría de nuestra bitácora denominada “Zona Crítica Terrestre y El Futuro de la Edafología”. A fecha de finales de 2020, comprobé vía Google que prácticamente no existe literatura en español sobre el tema, permaneciendo mis post, escritos desde hace más de un decenio entre los cinco-diez primeros ítems de ranking de este motor de búsqueda. Resulta difícil de entender que los latinos permanezcamos al margen de todo este esfuerzo. ¿Porqué ‘existe tal alegría a ampliar las fronteras del suelo, en la comunidad hispana, incluidos los españoles?. Un misterio que a día de hoy me parece insondable. Os dejo la noticia.

Juan José Ibáñez

Continúa……..

Let them eat rocks
by Jules Bernstein for UCR News; Riverside CA (SPX) Sep 24, 2020

UC Riverside is leading an effort that could help ensure food security and improve the worst effects of climate change – by studying rock-eating bacteria and fungi.

These microbes break apart chemical bonds in deep underground layers of rocks, then die and release nutrients such as nitrogen and phosphorus into the soil. Aside from fertilizer, this is the main way soil obtains these nutrients, and agriculture is dependent on the process.

«Despite how critical they are for food production, our general knowledge of microbes in soils is so lacking,» said Emma Aronson, associate professor of microbiology and plant pathology.

A new $4.2 million National Science Foundation grant aims to close the gap in scientists’ understanding. It will enable scientists to install sensors in the ground at five different sites and monitor the microbes’ activity for the next five years.

The sensors will measure, among other things, carbon dioxide concentration at these sites throughout the five years of the study. «We’ll be able to watch the microbes breathing deep in the soil,» Aronson said.

The sites have been chosen because they represent different ecosystems, including a location in Idaho, the Luquillo Experimental Forest in Puerto Rico, the Great Smoky Mountains in South Carolina, the Santa Catalina mountains in Arizona, and the southern Sierra Nevada in California.

Aronson, principal investigator of the project, said her team’s preliminary studies revealed bacterial behavior they could not explain. They found greater changes in the bacteria the deeper they looked in the soils, but only in half of the locations they sampled. With the other half, the bacteria did not change with depth.

«We want to understand why that is,» Aronson said. «How much is this driven by rock types at the different sites? What role does vegetation play? Why do they live where they do? This grant will help us answer questions like these that will then allow scientists to test for more applied uses.»

One application of the research could include a tool to help trap carbon in the ground. Researchers may be able to identify some deep soil bacteria that are better at extracting nutrients from rocks than others. Those bacteria would allow plants to become larger and, if they have extra nutrients, take up more carbon that would otherwise end up in the atmosphere, trapping heat.

Bacteria that encourage plant growth also offer the potential for increased agricultural yields, and more food, which is critical given the potential for decreased crop production as the climate changes.

This project brings together a coalition of scientists to examine the Earth’s active outer layer known as the critical zone, which extends from the top of the tallest tree down to the microbes in the bedrock. Partnering institutions include UC Berkeley and UC Merced, as well as the University of Arizona, Idaho State University, Kansas University, and the University of New Hampshire.

A chief benefit of the project is its interdisciplinary nature, allowing collaboration between microbiologists, ecologists, geoscientists, soil, and rock scientists.

«We are all joining to do work that we can only do together,» Aronson said.

Déjarlos comer las rocas

Por Jules Bernstein para UCR News; Riverside CA (SPX) 24 de septiembre de 2020.

UC Riverside está liderando un esfuerzo que podría ayudar a garantizar la seguridad alimentaria y mejorar los peores efectos del cambio climático, mediante el estudio de bacterias y hongos que comen rocas.

Estos microbios rompen enlaces químicos en capas subterráneas profundas de rocas, luego mueren y liberan nutrientes como nitrógeno y fósforo en el suelo. Aparte de los fertilizantes, esta es la principal forma en que el suelo obtiene estos nutrientes, y la agricultura depende del proceso.

«A pesar de lo críticos que son para la producción de alimentos, nuestro conocimiento general de los microbios en los suelos es muy escaso«, dijo Emma Aronson, profesora asociada de microbiología y patología vegetal.

Una nueva subvención de la National Science Foundation de 4,2 millones de dólares tiene como objetivo cerrar la brecha en la comprensión de los científicos. Permitirá a los científicos instalar sensores en el suelo en cinco sitios diferentes y monitorear la actividad de los microbios durante los próximos cinco años.

Los sensores medirán, entre otras cosas, la concentración de dióxido de carbono en estos sitios a lo largo de los cinco años del estudio. «Podremos observar a los microbios que respiran profundamente en el suelo«, dijo Aronson.

Los sitios han sido elegidos porque representan diferentes ecosistemas, incluida una ubicación en Idaho, el Bosque Experimental Luquillo en Puerto Rico, las Grandes Montañas Humeantes en Carolina del Sur, las montañas Santa Catalina en Arizona y el sur de Sierra Nevada en California.

Aronson, investigadora principal del proyecto, dijo que los estudios preliminares de su equipo revelaron un comportamiento bacteriano que no podían explicar. Encontraron mayores cambios en las bacterias cuanto más profundamente miraban en los suelos, pero solo en la mitad de los lugares que tomaron muestras. Con la otra mitad, las bacterias no cambiaron con la profundidad.

«Queremos entender por qué es así«, dijo Aronson. «¿Cuánto es esto impulsado por los tipos de rocas en los diferentes sitios? ¿Qué papel juega la vegetación? ¿Por qué viven donde viven? Esta subvención nos ayudará a responder preguntas como estas que luego permitirán a los científicos probar para usos más aplicados».

Una aplicación de la investigación podría incluir una herramienta para ayudar a atrapar carbono en el suelo. Los investigadores pueden identificar algunas bacterias del suelo profundo que son mejores que otras para extraer nutrientes de las rocas. Esas bacterias permitirían que las plantas crezcan y, si tienen nutrientes adicionales, absorberían más carbono que de otra manera terminaría en la atmósfera, atrapando el calor.

Las bacterias que fomentan el crecimiento de las plantas también ofrecen el potencial de aumentar los rendimientos agrícolas y más alimentos, lo cual es fundamental dado el potencial de disminución de la producción de cultivos a medida que cambia el clima.

Este proyecto reúne a una coalición de científicos para examinar la capa externa activa de la Tierra conocida como la zona crítica, que se extiende desde la parte superior del árbol más alto hasta los microbios en el lecho rocoso. Las instituciones asociadas incluyen UC Berkeley y UC Merced, así como la Universidad de Arizona, la Universidad Estatal de Idaho, la Universidad de Kansas y la Universidad de New Hampshire.

Un beneficio principal del proyecto es su naturaleza interdisciplinaria, que permite la colaboración entre microbiólogos, ecólogos, geocientíficos, científicos del suelo y de las rocas.

«Todos nos estamos uniendo para hacer un trabajo que solo podemos hacer juntos», dijo Aronson

Front Plant Sci. 2017; 8: 1617.

Published online 2017 Sep 19. doi: 10.3389/fpls.2017.01617;PMCID: PMC5610682; PMID: 28974956

The Role of Soil Microorganisms in Plant Mineral Nutrition—Current Knowledge and Future Directions

Richard Jacoby, Manuela Peukert,† Antonella Succurro, Anna Koprivova, and Stanislav Kopriva*

Author information Article notes Copyright and License information Disclaimer

This article has been cited by other articles in PMC. El papel de los microorganismos del suelo en la nutrición mineral de las plantas: conocimientos actuales y direcciones futuras.

Mientras tanto la ecología de suelos convencional mantiene los mismos derroteros desde hace decenios y este es un ejemplo.

Abstract

In their natural environment, plants are part of a rich ecosystem including numerous and diverse microorganisms in the soil. It has been long recognized that some of these microbes, such as mycorrhizal fungi or nitrogen fixing symbiotic bacteria, play important roles in plant performance by improving mineral nutrition. However, the full range of microbes associated with plants and their potential to replace synthetic agricultural inputs has only recently started to be uncovered. In the last few years, a great progress has been made in the knowledge on composition of rhizospheric microbiomes and their dynamics. There is clear evidence that plants shape microbiome structures, most probably by root exudates, and also that bacteria have developed various adaptations to thrive in the rhizospheric niche. The mechanisms of these interactions and the processes driving the alterations in microbiomes are, however, largely unknown. In this review, we focus on the interaction of plants and root associated bacteria enhancing plant mineral nutrition, summarizing the current knowledge in several research fields that can converge to improve our understanding of the molecular mechanisms underpinning this phenomenon.

Resumen

En su entorno natural, las plantas forman parte de un ecosistema rico que incluye numerosos y diversos microorganismos en el suelo. Se ha reconocido desde hace mucho tiempo que algunos de estos microbios, como los hongos micorrízicos o las bacterias simbióticas fijadoras de nitrógeno, desempeñan un papel importante en el rendimiento de las plantas al mejorar la nutrición mineral. Sin embargo, la gama completa de microbios asociados con las plantas y su potencial para reemplazar los insumos agrícolas sintéticos solo ha comenzado a descubrirse recientemente. En los últimos años se ha avanzado mucho en el conocimiento de la composición de los microbiomas rizosféricos y su dinámica. Existe una clara evidencia de que las plantas dan forma a las estructuras del microbioma, muy probablemente por exudados de las raíces, y también que las bacterias han desarrollado diversas adaptaciones para prosperar en el nicho rizosférico. Sin embargo, los mecanismos de estas interacciones y los procesos que impulsan las alteraciones en los microbiomas son en gran parte desconocidos. En esta revisión, nos centramos en la interacción de las plantas y las bacterias asociadas a las raíces que mejoran la nutrición mineral de las plantas, resumiendo el conocimiento actual en varios campos de investigación que pueden converger para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos moleculares que sustentan este fenómeno.

 Autótrofos; Qué organismos son, nutrición, clasificación, ejemplos

Los litótrofos son un grupo diverso de organismos que utilizan sustratos inorgánicos (por lo general de origen mineral) con el fin de obtener reductores de igual equivalencia para su uso en la biosíntesis (por ejemplo, en la fijación de dióxido de carbono) o conservación de energía (es decir, la producción de ATP) a través de la respiración aeróbica o anaeróbica.¹ Los quimiolitótrofos conocidos son exclusivamente microbios; no se conoce macrofauna que posea la capacidad de utilizar compuestos inorgánicos como fuentes de energía. La macrofauna y los litótrofos pueden formar relaciones simbióticas, que en el caso de los litótrofos se denomina simbiosis procariota. Un ejemplo de esto son las bacterias quimiolitotróficas en gusanos o los plastidios tubulares gigantes, que son orgánulos dentro de las células vegetales que pueden haber evolucionado a partir de organismos cianobacteriales del tipo fotolitotrófico. Los litótrofos pertenecen ya sea al dominio Bacteria o al dominio Archaea. El término litótrofos se ha creado a partir de los términos griegos λίθος lithos = roca/piedra y τροφή trophos, que se alimenta/consumidor, que significa «comedores de roca«.² Muchos litoautótrofos son extremófilos, pero no es universalmente así.

A diferencia de un litótrofo, un organótrofo es un organismo que obtiene sus agentes reductores a partir del catabolismo de compuestos orgánicos.