carbono («marrón») difíciles de digerir; la primera se encuentra en las paredes celulares de las plantas y la segunda en las paredes celulares de los hongos y en los caparazones de los artrópodos. Estos no son alimentos normales para otras bacterias. Las actinobacterias están también adaptadas para vivir en un rango más amplio de pH que otras bacterias, desde ácido a alcalino.
Descomposición de la celulosa
La celulosa, un carbohidrato complejo compuesto de largas cadenas de glucosa con base de carbono, es el material molecular que dota de estructura a las plantas. Constituye la mitad de la masa de los cuerpos de las plantas y, a partir de ahí, de la mitad de la materia orgánica creada por la planta. Bacterias especializadas, como la denominada acertadamente Cellulomonas, poseen enzimas que rompen la celulosa y que liberan solo cuando entran en contacto con la misma, frente a la liberación aleatoria de enzimas por parte de otras bacterias que comen según el método «acierto o error».
Micrografía electrónica tomada a baja temperatura de una agrupación de la bacteria E. Coli. Las bacterias individuales en esta fotografía son oblongas y de color marrón. Eric Erbe, color digital a cargo de Christopher Pooley, usda-ars.
La mayoría de las bacterias alcanza su límite cuando se trata de la lignina que es un complejo no carbohidrato, otra materia vegetal molecularmente compleja. La lignina, el componente duro de color marrón de las cortezas y materiales leñosos, es una molécula orgánica más compleja que la celulosa, y se compone de cadenas de alcoholes interconectados; estos son resistentes a las enzimas que producen la mayoría de las bacterias y su descomposición se reserva a los hongos.
Los ciclos de los elementos
Una manera de entender la descomposición es verla como el sistema de reciclado de la naturaleza. Las bacterias en la red de nutrientes del suelo desempeñan un papel crucial en el reciclaje de tres de los elementos básicos para la vida: carbono, azufre y nitrógeno. Por ejemplo, el CO2 (dióxido de carbono) es un importante derivado del metabolismo bacteriano aeróbico. El carbono fijado en la biomasa vegetal y animal se convierte en gas CO2 durante la descomposición. La fotosíntesis en las plantas superiores convierte el CO2 en compuestos orgánicos, que acaban siendo consumidos y luego reciclados de vuelta a CO2.
Igualmente, el azufre se recicla. Las bacterias oxidantes del azufre emplean este elemento para hacer sulfatos solubles accesibles a las plantas. Liberados de los materiales orgánicos por bacterias anaeróbicas, los componentes que contienen azufre son producidos por quimiótrofos, bacterias que obtienen la energía de la oxidación del azufre.
El ciclo del nitrógeno, impulsado en parte por una bacteria especializada, es uno de los sistemas más importantes en el mantenimiento de la vida terrestre: los organismos vivos producen los compuestos orgánicos vitales, las bases de la vida —aminoácidos y ácidos nucleicos— usando el nitrógeno. Los fuertes enlaces que mantienen juntas las moléculas de nitrógeno atmosférico (N2) hacen que este nitrógeno sea en la práctica inerte e inútil para las necesidades de las plantas. Para que las plantas puedan usar el nitrógeno, este tiene que ser «fijado» —combinado bien con oxígeno o hidrógeno— para producir iones de amonio (NH4+), nitrato (NO3−) o nitrito (NO2−). Este importante proceso se llama la fijación del nitrógeno.
Ciertas bacterias convierten el nitrógeno de la atmósfera en formas disponibles para las plantas. Los géneros que consiguen la hazaña de fijar el nitrógeno son Azotobacter, Azospirillum, Clostridium, y Rhizobium (cualquiera de los cuales sería un gran nombre para un superhéroe de cómic). Los géneros Azotobacter, Azospirillum, Clostridium, y Rhizobium viven libres en el suelo; en realidad, las especies de Rhizobium viven en los tejidos de las raíces de ciertas plantas, en particular las legumbres, donde forman nódulos visibles.
No estamos sugiriendo que tengas que memorizar las especies de bacterias del suelo, pero sí queremos que te centres en el hecho de que la fijación del nitrógeno junto con el reciclaje del carbono y el azufre requieren la intervención de organismos vivos. Estos siempre se enseñan como procesos químicos, pero en realidad son biológicos. Las bacterias realizan estos procesos en el suelo, formando relaciones simbióticas con plantas específicas o existiendo en simbiosis dentro de organismos. Parece un caso en el que la biología crea la química para nosotros.
Otra parte del ciclo del nitrógeno, el lugar en el que «arranca» en el suelo, implica la descomposición de proteínas en amonio (NH4+). Este amonio suele aparecer como parte de los desechos producidos por los protozoos y nematodos tras ingerir bacterias y hongos. A continuación, bacterias nitrificantes especiales (Nitrosomonas spp.) convierten los compuestos de amonio en nitritos (NO2). Un segundo tipo de bacterias nitrificantes (Nitrobacter spp.) convierte los nitritos en nitratos (NO3−).
El ciclo del nitrógeno. Tom Hoffman Graphic Design.
A las bacterias nitrificantes no suelen gustarles los entornos ácidos; sus números (y, por tanto, la conversión de nitrógeno a nitratos) descienden cuando el pH del suelo cae por debajo de 7. Pero resulta que la biopelícula bacteriana (ya mencionada por su habilidad para juntar partículas del suelo) tiene un pH superior a 7. Por tanto, si hay suficientes bacterias en la zona, la biopelícula que producen mantiene el pH en torno a 7 y la nitrificación puede darse. En caso contrario, el amonio producido primero por los organismos en el suelo no se convierte por completo en forma de nitrato. Si el pH es 5 o menos, muy poco amonio se convierte, si es que algo se convierte.
Las bacterias desnitrificadoras convierten las sales de nitrógeno de vuelta a N2, el cual escapa a la atmósfera. Resulta obvio que las bacterias desnitrificadoras no ayudan a la fertilidad de un suelo, pero son esenciales en la medida en que mantiene el ciclo del nitrógeno en marcha.
Biopelículas
Las biopelículas o biofilms de las bacterias son matrices de azúcares, proteínas y adn. El hecho de que el biofilm bacteriano en el suelo sea ligeramente alcalino no solo influencia el pH donde cuenta más, en la rizosfera, sino también amortigua el suelo en la zona, así que el pH permanece relativamente constante.
Algunas bacterias usan su película como vía de transporte, literalmente echando un chorro de esta sustancia como medio de propulsión. (Sin embargo, la mayor parte de las bacterias viaja usando una parte increíble de nanotecnología natural: con la ayuda de una o más de las estructuras en forma de látigos o flagelos que se asemejan y operan como propulsores.) Los biofilms salvan a las bacterias de la desecación cuando el suelo se seca: las bacterias del suelo suelen vivir dentro de pegotes de biopelícula, que se completan con canales repletos de agua para el transporte de nutrientes y desechos. Las biopelículas también pueden ser una defensa contra los antibióticos que producen otros organismos, incluidas las propias bacterias. Las colonias de bacterias protegidas por el biofilm son mil veces más resistentes que las bacterias individuales frente a los antibióticos y los microbicidas.
Retención de nutrientes
Las bacterias desempeñan un papel destacado en la nutrición de las plantas. Encierran los nutrientes que de otra forma podrían desaparecer como resultado de la lixiviación. Y lo hacen ingiriéndolos mientras descomponen materia orgánica y reteniéndolos en las estructuras celulares. Dado que las propias bacterias están unidas a las partículas del suelo, los nutrientes permanecen en el suelo en vez de ser arrastrados por el agua, como ocurre con los fertilizantes químicos.
Sin duda, estos nutrientes permanecerán atados e inmovilizados dentro de las bacterias hasta que estas sean devoradas y
