Microbiología ambiental: qué es, objeto de estudio, aplicaciones
¿Qué es la microbiología ambiental?
La microbiología ambiental es la ciencia que estudia la diversidad y función de los microorganismos (seres microscópicos) en sus ambientes naturales y las aplicaciones de sus capacidades metabólicas en procesos de biorremediación de suelos y aguas contaminadas.
Suele dividirse en las disciplinas de ecología microbiana, geomicrobiología y biorremediación.
La microbiología (mikros: pequeño, bíos: vida, logos: estudio), estudia de manera interdisciplinar un grupo amplio y diverso de organismos unicelulares microscópicos (de 1 a 30 µm), visibles únicamente a través del microscopio óptico e invisibles para el ojo humano.
Los organismos agrupados en el campo de la microbiología son disímiles en muchos aspectos importantes y pertenecen a categorías taxonómicas muy diferentes. Existen como células aisladas o asociadas y pueden ser procariontes principales, eucariontes simples o virus.
¿Qué estudia la microbiología ambiental?
Las diferentes áreas de estudio de la microbiología ambiental incluyen las disciplinas de la ecología microbiana, geomicrobiología y biorremediación.
Ecología microbiana
La ecología microbiana fusiona la microbiología con la teoría ecológica, a través del estudio de los roles funcionales de los microbios en su ambiente natural.
Los microorganismos representan la mayor biomasa en la Tierra, por ello no es de extrañar que sus funciones o roles ecológicos afecten la historia ecológica de los ecosistemas.
Un ejemplo de esta influencia es la aparición de formas de vida aeróbicas gracias a la acumulación de oxígeno (O2) en la atmósfera primitiva, generado por la actividad fotosintética de las cianobacterias.
Campos de investigación de la ecología microbiana
La ecología microbiana es transversal a todas las demás disciplinas de la microbiología, y estudia:
– La diversidad microbiana y su historia evolutiva.
– Las interacciones entre microorganismos de una población y entre poblaciones en una comunidad.
– Las interacciones entre microorganismos y plantas.
– Los fitopatógenos (bacterianos, fúngicos y virales).
– Las interacciones entre microorganismos y animales.
– Las comunidades microbianas, su composición y los procesos de sucesión.
– Las adaptaciones microbianas a las condiciones ambientales.
– Los tipos de hábitats microbianos (atmo-ecosfera, hidro-ecosfera, lito-ecosfera y hábitats extremos).
Geomicrobiología
La geomicrobiología estudia las actividades microbianas que afectan los procesos geológicos y geoquímicos terrestres (ciclos biogeoquímicos).
Estos ocurren en la atmósfera, hidrosfera y geosfera, específicamente en ambientes como sedimentos recientes, cuerpos de agua subterránea en contacto con rocas sedimentarias e ígneas y en la corteza terrestre meteorizada.
Se especializa en microorganismos que interactúan con minerales en su ambiente, disolviéndolos, transformándolos o precipitándolos, entre otras acciones.
Campos de investigación de la geomicrobiología
La geomicrobiología estudia:
– Las interacciones microbianas con los procesos geológicos (formación de suelos, ruptura de rocas, síntesis y degradación de minerales y de combustibles fósiles).
– La formación de minerales de origen microbiano, sea por precipitación o por disolución en el ecosistema (por ejemplo, en acuíferos).
– Intervención microbiana en ciclos biogeoquímicos de la geosfera.
– Interacciones microbianas que forman cúmulos indeseados de microorganismos sobre una superficie (bioincrustaciones). Estas bioincrustaciones pueden generar deterioro de las superficies que habitan. Por ejemplo, pueden corroer superficies metálicas (biocorrosión).
– Evidencias fósiles de interacciones entre microorganismos y minerales de su ambiente primitivo.
Por ejemplo, los estromatolitos son estructuras minerales fósiles estratificadas de aguas someras. Están constituidas por carbonatos, provenientes de las paredes de cianobacterias primitivas.
Biorremediación
La biorremediación estudia la aplicación de agentes biológicos (microorganismos y/o sus enzimas y plantas), en procesos de recuperación de suelos y aguas contaminadas con sustancias peligrosas para la salud humana y el ambiente.
Muchos de los problemas ambientales existentes actualmente, pueden solventarse con el uso del componente microbiano del ecosistema global.
Campos de investigación de la biorremediación
La biorremediación estudia:
– Las capacidades metabólicas microbianas aplicables en procesos de saneamiento ambiental.
– Interacciones microbianas con contaminantes inorgánicos y xenobióticos (productos sintéticos tóxicos, no generados por procesos biosintéticos naturales). Entre los compuestos xenobióticos más estudiados, se encuentran los halocarburos, nitroaromáticos, bifenilos policlorados, dioxinas, sulfonatos alquilbencílicos, hidrocarburos del petróleo y plaguicidas. Entre los elementos inorgánicos más estudiados, se encuentran los metales pesados.
– La biodegradabilidad de contaminantes ambientales in situ y en laboratorio.
Aplicaciones de la microbiología ambiental
Entre las múltiples aplicaciones de esta vasta ciencia, podemos citar:
– El descubrimiento de nuevas rutas metabólicas microbianas con potenciales aplicaciones en procesos de valor comercial.
– La reconstrucción de las relaciones filogenéticas microbianas.
– El análisis de acuíferos y suministros de agua potable públicos.
– Disolución o lixiviación (biolixiviación) de metales en el medio, para su recuperación.
– Biohidrometalurgia o biominería de metales pesados, en procesos de biorremediación de zonas contaminadas.
– Biocontrol de microorganismos implicados en la biocorrosión de contenedores de desechos radioactivos disueltos en acuíferos subterráneos.
– Reconstrucción de la historia primitiva terrestre, el paleoambiente y las formas primigenias de vida.
– Construcción de modelos útiles en la búsqueda de vida fosilizada en otros planetas, como Marte.
– Saneamiento de áreas contaminadas con sustancias xenobióticas o inorgánicas, como metales pesados.
Referencias
- Ehrlich, H. L. and Newman, D. K. (2009). Geomicrobiology. CRC Press.
- Malik, A. (2004). Metal bioremediation through growing cells. Environment International.
- McKinney, R. E. (2004). Environmental Pollution Control Microbiology. M. Dekker.