Segons el tipus de nutrició, tots els organismes vius coneguts es divideixen en dos grans tipus: heteròtrofs i autòtrofs. Una característica distintiva d'aquests últims és la seva capacitat per crear nous elements de manera independent a partir de diòxid de carboni i altres substàncies inorgàniques.
Les fonts d'energia que donen suport a la seva activitat vital determinen la seva divisió en fotoaftòtrofs (la font és la llum) i quimioautòtrofs (la font són els minerals). I segons el nom del substrat oxidat pels quimioautortòfits, es divideixen en bacteris d'hidrogen i nitrificants, així com bacteris de sofre i ferro.
Aquest article es dedicarà al grup més comú entre ells: els bacteris nitrificants.
Historial de descobriments
Fins i tot a mitjans del segle XIX, els científics alemanys van demostrar que el procés de nitrificació és biològic. Empíricament, van demostrar que quan es va afegir cloroform a les aigües residuals, l'oxidació de l'amoníac es va aturar. Però per explicar per què passa això, no ho fanpodria.
Això va ser fet uns anys més tard pel científic rus Vinogradsky. Va identificar dos grups de bacteris que a poc a poc van participar en el procés de nitrificació. Així, un grup va assegurar l'oxidació de l'amoni a àcid nitrós, i el segon grup de bacteris va ser responsable de la seva conversió en àcid nítric. Tots els bacteris nitrificants implicats en aquest procés són gramnegatius.
Característiques del procés d'oxidació
El procés de formació de nitrits per oxidació d'amoni té diverses etapes, durant les quals es formen compostos que contenen nitrogen amb diferents graus d'oxidació del grup NH.
El primer producte de l'oxidació de l'amoni és la hidroxilamina. El més probable és que es formi a causa de la inclusió d'oxigen molecular al grup NH4, tot i que aquest procés no s'ha demostrat finalment i segueix sent discutible.
A continuació, la hidroxilamina es converteix en nitrit. Presumiblement, el procés es realitza mitjançant la formació de NOH (hiponitrita) amb l'alliberament d'òxid nitrós. En aquest cas, els científics consideren que la producció d'òxid nitrós és només un subproducte de la síntesi, a causa de la reducció de nitrits.
A més de la producció d'elements químics, durant la desnitrificació s'allibera una gran quantitat d'energia. De manera semblant al que passa en els organismes aeròbics heteròtrofs, en aquest cas la síntesi de molècules d'ATP s'associa a processos redox, com a conseqüència dels quals els electrons es transfereixen a l'oxigen.
Quan el nitrit s'oxida, el procés de transport invers té un paper importantelectrons. La inclusió dels seus electrons a la cadena es produeix directament en els citocroms (tipus C i/o tipus A), i això requereix una quantitat força gran d'energia. Com a resultat, els bacteris nitrificants quimioautòtrofs estan totalment dotats de la reserva energètica necessària, que s'utilitza per als processos de construcció i assimilació de diòxid de carboni.
Tipus de bacteris nitrificants
Quatre gèneres de nitrobacteris participen en la primera fase de nitrificació:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
Per cert, podeu veure bacteris nitrificants a la imatge suggerida (foto sota un microscopi).
Experimentalment, entre elles és bastant difícil, i sovint completament impossible, distingir una de les cultures, per la qual cosa la seva consideració és predominantment complexa. Tots els microorganismes enumerats tenen una mida de fins a 2-2,5 micres i tenen una forma predominantment ovalada o rodona (a excepció de la nitrospira, que té la forma d'un pal). Són capaços de fissió binària i moviment dirigit a causa dels flagels.
Participa la segona fase de nitrificació:
- gènere Nitrobacter;
- Tipus nitrospin;
- nitrococus.
La soca de bacteris del gènere Nitrbacter més estudiada, que porta el nom del seu descobridor Vinogradsky. Aquests bacteris nitrificants tenen cèl·lules en forma de pera, es multipliquen per brotació, amb la formació d'una cèl·lula filla mòbil (a causa del flagel).
Estructura dels bacteris
Els bacteris nitrificants estudiats tenen una estructura cel·lular similar a la d' altres microorganismes gramnegatius. Alguns d'ells presenten un sistema de membranes internes força desenvolupat que formen una pila al centre de la cèl·lula, mentre que en d' altres se situen més a la perifèria o formen una estructura en forma de copa, formada per diverses fulles. Pel que sembla, és amb aquestes formacions que s'associen els enzims implicats en el procés d'oxidació de substrats específics per nitrificants.
Tipus d'aliment de bacteris nitrificants
Els nitrobacteris són autòtrofs obligats, ja que no poden utilitzar substàncies orgàniques exògenes. Tanmateix, s'ha demostrat experimentalment la capacitat d'algunes soques de bacteris nitrificants d'utilitzar alguns compostos orgànics.
S'ha trobat que el substrat que conté autolisats de llevat, serina i glutamat en concentracions baixes, estimulava el creixement de nitrobacteris. Això es produeix tant en presència de nitrit com en absència en el medi nutritiu, encara que el procés és molt més lent. Per contra, en presència de nitrit, l'oxidació de l'acetat es suprimeix, però la incorporació del seu carboni a proteïnes, diversos aminoàcids i altres components cel·lulars augmenta significativament.
Com a resultat de múltiples experiments, es van obtenir dades que els bacteris nitrificants encara poden canviar a la nutrició heteròtrofa, però encara queda per veure fins a quin punt poden existir i durant quant de temps poden existir en aquestes condicions. Sempre que les dades siguin suficientsinconsistent per treure conclusions finals sobre aquest tema.
Hàbitat i importància dels bacteris nitrificants
Els bacteris nitrificants són quimioautòtrofs i estan àmpliament distribuïts a la natura. Es troben a tot arreu: al sòl, diversos substrats, així com a masses d'aigua. El procés de la seva activitat vital fa una gran contribució al cicle global del nitrogen a la natura i, de fet, pot assolir proporcions enormes.
Per exemple, un microorganisme com el nitrocystis oceanus, aïllat de l'oceà Atlàntic, pertany als halòfils obligats. Només pot existir en aigua de mar o en substrats que la continguin. Per a aquests microorganismes, no només l'hàbitat és important, sinó també constants com el pH i la temperatura.
Tots els bacteris nitrificants coneguts es classifiquen com a aerobis obligats. Necessiten oxigen per oxidar l'amoni a àcid nitrós i l'àcid nitrós a àcid nítric.
Condicions de l'hàbitat
Un altre punt important que han identificat els científics és que el lloc on viuen els bacteris nitrificants no hauria de contenir matèria orgànica. Es va plantejar la teoria que aquests microorganismes, en principi, no poden utilitzar compostos orgànics de l'exterior. Fins i tot s'han anomenat autòtrofs obligats.
Posteriorment, es va demostrar repetidament l'efecte perjudicial de la glucosa, la urea, la peptona, la glicerina i altres substàncies orgàniques sobre els bacteris nitrificants, però els experiments no s'aturen.
La importància dels bacteris nitrificants persòl
Fins fa poc, es creia que els nitrificants tenen un efecte beneficiós sobre el sòl, augmentant la seva fertilitat mitjançant la descomposició de l'amoni en nitrats. Aquests últims no només són ben absorbits per les plantes, sinó que també augmenten per si mateixos la solubilitat de certs minerals.
No obstant això, en els darrers anys, les opinions científiques han anat canviant. Es va revelar l'efecte negatiu dels microorganismes descrits sobre la fertilitat del sòl. Els bacteris nitrificants, que formen nitrats, acidifiquen el medi ambient, que no sempre és positiu, i també provoquen la saturació del sòl amb ions d'amoni en major mesura que els nitrats. A més, els nitrats tenen la capacitat de reduir-se a N2 (durant la desnitrificació), que al seu torn condueix a l'esgotament del sòl en nitrogen.
Quin és el perill dels bacteris nitrificants?
Algunes soques de nitrobacteris en presència d'un substrat orgànic poden oxidar l'amoni, formant hidroxilamina i, posteriorment, nitrits i nitrats. A més, com a resultat d'aquestes reaccions, es poden produir àcids hidroxàmics. A més, una sèrie de bacteris duen a terme el procés de nitrificació de diversos compostos que contenen nitrogen (oximes, amines, amides, hidroxamats i altres compostos nitro).
L'escala de nitrificació heteròtrofa en determinades condicions pot ser no només enorme, sinó també molt perjudicial. El perill rau en el fet que en el curs d'aquestes transformacions es produeix la formació de substàncies tòxiques, mutàgens i carcinògens. Per tant, els científics estan de propestem treballant per estudiar aquest tema.
Filtre biològic sempre a mà
Els bacteris nitrificants no són un concepte abstracte, sinó una forma de vida molt comuna. A més, sovint són utilitzats pels humans.
Per exemple, aquests bacteris formen part dels filtres biològics dels aquaris. Aquest tipus de neteja és menys costosa i no tan laboriosa com la neteja mecànica, però al mateix temps requereix el compliment de determinades condicions per tal d'assegurar el creixement i l'activitat vital dels bacteris nitrificants.
El microclima més favorable per a ells és la temperatura ambient (en aquest cas l'aigua) de l'ordre dels 25-26 graus centígrads, un subministrament constant d'oxigen i la presència de plantes aquàtiques.
Bacteris nitrificants a l'agricultura
Per augmentar els rendiments, els agricultors utilitzen diversos fertilitzants que contenen bacteris nitrificants.
La nutrició del sòl en aquest cas la proporcionen nitrobacteris i azotobacteris. Aquests bacteris extreuen les substàncies necessàries del sòl i de l'aigua, que formen una quantitat prou gran d'energia durant el procés d'oxidació. Aquest és l'anomenat procés de quimiosíntesi, quan l'energia rebuda s'utilitza per formar molècules complexes d'origen orgànic a partir de diòxid de carboni i aigua.
Aquests microorganismes no necessiten nutrients del seu entorn, poden produir-los ells mateixos. Per tant, si les plantes verdes, que també són autòtrofes, necessitenla llum solar, llavors no és necessari per als bacteris nitrificants.
Terra autoneteja
El sòl és un substrat ideal per al creixement i la reproducció no només de les plantes, sinó també de molts organismes vius. Per tant, el seu estat normal i la seva composició equilibrada són extremadament importants.
Cal recordar que els bacteris nitrificants també proporcionen la neteja biològica del sòl. Ells, en estar al sòl, embassaments o humus, converteixen l'amoníac, que és alliberat per altres microorganismes i materials orgànics de rebuig, en nitrats (per ser més precisos, en sals d'àcid nítric). Tot el procés consta de dos passos:
- Oxidació de l'amoníac a nitrit.
- Oxidació de nitrit a nitrat.
Al mateix temps, cada etapa és proporcionada per diferents tipus de microorganismes.
L'anomenat cercle viciós
La circulació de l'energia i el manteniment de la vida a la Terra és possible gràcies a l'observança de determinades lleis de l'existència de tots els éssers vius. A primera vista, és difícil entendre què està en joc, però de fet tot és bastant senzill.
Imaginem la següent imatge d'un llibre de text escolar:
- Les substàncies inorgàniques són processades pels microorganismes i, per tant, creen condicions favorables al sòl per al creixement i la nutrició de les plantes.
- Ells, al seu torn, són una font d'energia indispensable per a la majoria dels herbívors.
- La següent cadena d'aquest enllaç vital són els depredadors, l'energia dels quals és,respectivament, els seus homòlegs herbívors.
- Se sap que les persones són depredadors àpex, la qual cosa significa que podem obtenir energia tant del món vegetal com del món animal.
- I ja les nostres pròpies restes de vida, així com aquestes mateixes plantes i animals, serveixen com a substrat nutritiu per als microorganismes.
Així s'aconsegueix un cercle viciós que funciona contínuament i proporciona vida a tota la vida a la Terra. Coneixent aquests principis, no és difícil imaginar com de multifacètic i il·limitat és el poder de la natura i de tots els éssers vius.
Conclusió
En aquest article, hem intentat respondre a la pregunta de quins són els bacteris nitrificants en biologia. Com podeu veure, malgrat l'evidència irrefutable de l'activitat vital, el funcionament i la influència d'aquests microorganismes, encara hi ha moltes qüestions controvertides que requereixen més investigacions experimentals.
Els bacteris nitrificants es classifiquen com a quimiòtrofs. Diversos minerals els serveixen com a font d'energia. Malgrat la seva mida microscòpica, aquests organismes vius tenen un gran impacte en el món que els envolta.
Com sabeu, els quimiòtrofs no poden absorbir els compostos orgànics que hi ha al substrat (sòl o aigua). Al contrari, produeixen el material de construcció per crear una cèl·lula viva i funcional.
