¿Qué es la ecología microbiana?

ecología microbiana

La ecología microbiana es la disciplina que explora la diversidad, distribución y abundancia de microorganismos, sus interacciones específicas y el efecto que tienen en los ecosistemas. Estas interacciones, así como la dinámica de la población y la distribución de los microbios son de fundamental importancia para la salud ambiental y humana, por lo que la ecología microbiana se concentra en comprender los microorganismos de cada ecosistema.

El objetivo de esta área de la ecología es conocer la fisiología de los microorganismos y la influencia de sus actividades sobre otros organismos y el ambiente en general, y, simétricamente, esclarecer el impacto de los factores bióticos y abióticos del ambiente de estos organismos, desde el individuo hasta la comunidad en un ecosistema. E incluye también el estudio de la simbiosis, los ciclos biogeoquímicos y la interacción de microbios con efectos antropogénicos como la contaminación y el cambio climático.

De esta manera, la ecología microbiana proporciona información sobre la dinámica ecológica y evolutiva de las comunidades microbianas que sustentan todos los ecosistemas de la tierra, determinando su microambiente físico y químico y analizando sus procesos e interacciones metabólicos. Debido a que los microbios son ubicuos, los ecologistas microbianos estudian una amplia diversidad de hábitats que van desde acuáticos a terrestres y asociados a plantas o animales.

Índice del contenido

    Historia

    La historia del descubrimiento de microorganismos y particularmente de bacterias con los trabajos pioneros de Antoni van Leeuwenhoek, Louis Pasteur y Robert Koch, esencialmente. El estudio microbiano comienza con el científico holandés Anton van Leeuwenhoek. Ampliamente reconocido como el padre de la microscopía, quien desarrolló el primer microscopio con la capacidad de estudiar bacterias y levaduras.

    Cabe destacar que, a medida que avanzaba el campo de la microscopía, la mayoría de los científicos se centraron en la biología de los microorganismos y sus implicaciones médicas. Sin embargo, a finales del siglo XIX, los científicos comenzaron a estudiar la relación entre estos organismos y su entorno.

    Uno de esos pioneros fue Sergei Winogradsky, un científico nacido en Rusia que descubrió la existencia de litótrofos. Este diverso grupo de microorganismos utiliza compuestos inorgánicos como el hierro o el gas hidrógeno para obtener energía. Winogradsky también descubrió la primera instancia de quimiosíntesis después de observar microorganismos que convertían sustancias inorgánicas como sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono en compuestos orgánicos.

    El trabajo de Sergei Winogradsky hizo que los científicos se dieran cuenta de que los microorganismos no solo existían dentro de los ecosistemas, sino que realizaban procesos sobre los que se construían ecosistemas completos. Esta realización revolucionaria condujo a una explosión de investigación en ecología microbiana, revelando los roles integrales que juegan los microbios en varios ecosistemas.

    Por otro lado, Pasteur y Koch hicieron contribuciones fundamentales, mejor recordadas por su elucidación del origen microbiano de las enfermedades infecciosas. Los dos llegaron a ella desde puntos de vista bastante diferentes y el contraste entre ellos es esclarecedor. En términos simplistas, Pasteur vio a las bacterias como miembros de la biosfera, Koch como agentes de enfermedades en humanos y otros animales.

    Alrededor de la primera mitad del siglo XX, el estudio de las bacterias se llevó a cabo utilizando medios de laboratorio y cultivos puros. Durante mucho tiempo, los dos enfoques se mantuvieron bastante distintos. Sin embargo, los últimos 50 años se caracterizan por una combinación de las dos actitudes. Hoy en día, la microbiología patógena se considera una rama de la ecología microbiana, y donde las técnicas modernas han permitido estudiar los patógenos en sus huéspedes y a los microbios ambientales en su entorno.

    Principales temas de investigación

    Las comunidades microbianas ahora se pueden investigar con un detalle sin precedentes, aunque todavía hay una gran cantidad por abordar. Los temas de investigación son de fundamental importancia para la ciencia y la aplicación de la ecología microbiana, y se pueden clasifican en siete principales temas:

    Interacciones huésped-microbiomas

    Estas determinan muchos rasgos del ciclo de vida del huésped, como el comportamiento, la reproducción, los procesos fisiológicos y la susceptibilidad a enfermedades. Las interacciones huésped-microbioma producen comunidades complejas y dinámicas que fluctúan en abundancia composicional correlacionadas con factores tan diversos como el genotipo del huésped, la etapa de desarrollo, la dieta y los cambios temporales. 

    Procesos evolutivos

    Los estudios de evolución experimental representan un medio poderoso para cuantificar la coevolución huésped-microbio y microbio-microbio, y han puesto de relieve la extraordinaria capacidad de los microbios para actuar como mediadores clave de la aptitud del huésped. Investiga cómo los principios ecológicos generales influyen en la evolución microbiana y viceversa, lo que esto significa para la biodiversidad global y si los principios evolutivos pueden utilizarse para beneficio antropogénico.

    Procesos ambientales

    Los microbios juegan un papel fundamental en los procesos ambientales y los servicios de los ecosistemas, incluido el ciclo de nutrientes y la descomposición de la materia orgánica, biorremediación de hábitats o sistemas de desechos contaminados e influyen en las emisiones de gases de efecto invernadero. La capacidad de usar y manipular estos procesos tiene un gran potencial para aplicaciones sociales y ambientales.

    Salud y enfermedades infecciosas

    Los últimos 50 años han visto la aparición de varios patógenos de vida silvestre hipervirulentos en animales y plantas. Uno de los principales objetivos destacados de la investigación es comprender cómo las interacciones dentro del huésped entre los microbios y los patógenos invasores pueden dar forma a los patrones de intensidad de la infección y progresión de la enfermedad.

    Salud humana y seguridad alimentaria

    Dado que la población humana va incrementando cada año, la seguridad alimentaria y la salud humana son un tema importante dentro de la ecología microbiana, por lo que existe la necesidad de mantener y mejorar las poblaciones microbianas de los ecosistemas de cultivos.

    Ecología microbiana cambiante

    Los cambios globales resultantes de la actividad humana afectan a casi todos los hábitats de la tierra. Por lo que se busca comprender los impactos de las actividades humanas como el cambio climático, la urbanización, la agricultura y los procesos industriales en las comunidades microbianas, el equilibrio del funcionamiento de los ecosistemas y la salud del huésped.

    Diversidad funcional

    Los ecologistas prestan cada vez más atención a clasificar las especies en función de su actividad (función) dentro de un ecosistema, en lugar de su genotipo. Comprender cómo la pertenencia a comunidades microbianas complejas y dinámicas se relaciona con la función de esa comunidad es uno de los desafíos clave que enfrenta la ecología microbiana.

    Importancia de la Ecología Microbiana

    Su estudio puede ayudar a mejorar nuestras vidas mediante el uso de microbios en la restauración ambiental, producción de alimentos, bioingeniería de productos útiles como antibióticos, complementos alimenticios y químicos, así como ayuda a medir los efectos del cambio climático y el uso de la tierra.

    La ecología microbiana impulsa numerosos procesos esenciales para el funcionamiento, la producción y la sostenibilidad de los ecosistemas, incluido el ciclo de energía y nutrientes a través del ecosistema, la degradación del metano y la provisión de mecanismos de resistencia y degradación para las toxinas. La sostenibilidad ambiental depende del funcionamiento eficiente de todos esos procesos.

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