Diversidad y Ecología Microbiana Unidad 8 Parte I Comunidades Microbianas 2022-I

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Diversidad y Ecología 
Microbiana
Unidad 8 . Parte I
Comunidades Microbianas
Comunidades microbianas
• Una comunidad microbiana es un conjunto 
integrado de poblaciones microbianas que 
interaccionan entre ellas y coexisten en un 
espacio determinado, denominado hábitat
• En un ecosistema, la jerarquía ecológica de los 
microorganismos comprende desde el 
organismo individual hasta las comunidades 
integradas.
Los microorganismos no viven aislados, tienden a formar comunidades
Características de las comunidades microbianas 
• Diferentes tamaños de hábitat.
• Variable suministro de alimento.
• Capacidad de los microorganismos para transformar 
el ambiente .
• Adaptación y transferencia horizontal de genes 
entre los microorganismos .
• Diversidad de especies microbianas.
• Dinámica de poblaciones y Sucesión.
• Interacciones microbianas . Cometabolismo
Ecología microbiana y Comunidades
La ecología microbiana tiene tres importantes 
objetivos con respecto al entendimiento del rol de los 
microorganimos en su hábitat natural.
• 1) Definir la dinámica poblacional en las comunidades.
• 2) Definir las características fisicoquímicas del medio
ambiente microbiano.
• 3) Entender los procesos metabólicos llevados a cabo 
por los microorganismos en un hábitat determinado.
Es esencial determinar el papel de las poblaciones
individuales en el contexto de las comunidades
• Las poblaciones dentro de una comunidad 
interactúan con cada una de las otras de un modo 
integrado, dentro del hábitat.
• Cada población como miembro de la comunidad 
cumple un rol específico denominado nicho.
• Dentro de una comunidad las poblaciones compiten 
para ocupar los nichos disponibles, logrando su 
establecimiento.
Los primeros en
colonizar el área
Sucesión de poblaciones
Las mejores adaptadas desplazan a las
que originalmente ocupan el nicho.
• Los microorganismos al igual que las plantas 
superiores y los animales han desarrollado 
estrategias que les permiten sobrevivir con éxito y 
mantenerse en las comunidades.
1/x.dx/dt= r- (x.r/k)
tasa
de crecimiento
Tasa específica de 
crecimiento
Capacidad de carga del 
medio
Densidad de población
Selección poblacional en las comunidades
Selección poblacional en las 
comunidades
• Esta ecuación describe el crecimiento de poblaciones 
en condiciones ambientales limitadas:
dX . 1 = r- X. r
dt X K
• Cuando X es bajo: la velocidad de crecimiento esta 
dominada por r.
• Cuando X es alto: la velocidad de crecimiento queda 
limitada por la capacidad de carga del medio, K. 
Estrategas r y K
• El esquema r-K asume un continuo, donde la 
evolución favorecerá tanto la adaptación mediante 
el desarrollo de altas velocidades de división 
(estrategas r) en un extremo,hasta la optimización 
del uso de los recursos (estrategas K) en el otro.
• Los organismos optimizan ya sea su capacidad 
reproductiva o bien la conservación de los 
recursos, pero generalmente no ambas a la vez.
Estrategas r
• Colonizan inicialmente un hábitat desarrollando una alta velocidad 
de crecimiento. Este comportamiento favorece la división celular 
a niveles bajos de densidad de población, donde la competencia 
es baja.
• Acceden al sistema con las precipitaciones, restos de tejidos, 
abono animal, aguas cloacales. Pueden persistir por algún tiempo 
en forma de células dormantes (resting cells) y también 
desarrollar por cortos períodos de tiempo pero nunca contribuyen 
de manera relevante a las transformaciones o interacciones 
ecológicamente significativas.
• Su selección ocurre en ambientes sujetos a cambios 
impredecibles y transitorios . Destinan una gran parte de los 
nutrientes al proceso de división.
• Cuando los recursos escasean o las condiciones se vuelven 
desfavorables, su densidad poblacional experimenta una rápida 
reducción.
• Son representantes de este grupo los géneros Saccharomyces,
Aspergillus, Penicillium, Pseudomonas y Bacillus.
Estrategas r
o Especies que presentan elevada tasa
de crecimiento (gran potencial
biótico) aunque su supervivencia sea
baja.
o Son propias de ambientes
cambiantes o inestables, sometidas
a elevados índices de mortalidad,
que compensan con crecimientos
explosivos en períodos favorables.
o Son especies oportunistas, pioneras
o colonizadoras que basan su éxito
en producir una gran población
aunque su mortalidad sea muy
elevada.
o Conforman poblaciones ESTENOICAS
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Tiempo
Supervivencia
Tasa de 
crecimiento
Estrategas k
• Su permanencia en la comunidad depende de la adaptación 
fisiológica a los recursos ambientales, o en otras palabras, de la 
capacidad de intercambio con el ambiente.
• Se reproducen más lentamente que los estrategas r. Tienden a ser 
los predominantes en situaciones limitantes de nutrientes.
• Son usualmente más estables dentro de la comunidad. Prevalecen 
bajo condiciones de alta densidad poblacional y destinan una 
pequeña porción de los recursos a los procesos de división.
• Pueden presentar estados de resistencia y permanecer por largos 
períodos sin realizar actividad metabólica, como también en 
determinados momentos esta población nativa prolifera y 
participa en las funciones bioquímicas de la comunidad.
• Son representantes de este grupo los géneros Streptomyces 
Agrobacterium, Corynebacterium, Basidiomycota (degradadores 
de celulosa y lignina) y las bacterias del suelo degradadoras de 
humus.
Estrategas k
o Especies que sitúan el número de
individuos por debajo de la
capacidad de carga K.
o Priman la supervivencia por encima
de la división celular.
o Son especies propias de ambientes
estables, muy adaptadas a ellos.
o Son muy EFICIENTES (Buenos
resultados con poco gasto
energético) .
o Conforman poblaciones EURIOICAS
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Tiempo
Supervivencia
Tasa de 
crecimiento
Dinámica de las comunidades microbianas:
selección y sucesión de poblaciones
• Las poblaciones de una comunidad ocupan los nichos de 
ese ecosistema. 
• Una población de microorganismos prospera en su 
ambiente sólo mientras las condiciones son favorables 
para su crecimiento y supervivencia.
• Las condiciones ambientales tienen efecto selectivo sobre 
las poblaciones microbianas. 
• Con el tiempo algunas poblaciones son remplazadas por 
otras mejores adaptadas a cumplir determinados roles 
funcionales (nichos ecológicos) dentro del ecosistema
La estructura de la comunidad cambia con el tiempo
Un cambio físico o químico:
» agotamiento de nutrientes
» cambio en el pH o temperatura
» concentración de oxígeno
hace las condiciones de crecimiento más favorables para 
otra especie
el organismo adaptado a las condiciones que prevalecían 
antes, 
cede su lugar a un organismo mejor adaptado a las nuevas. 
• Comunidades con muchos nichos pueden soportar 
una alta diversidad.
• Se presentan también comunidades con una baja 
diversidad aún teniendo todos sus nichos ocupados.
• En sistemas disturbados en los que faltan 
poblaciones fisiológicamente aptas para ocupar los 
nichos, la tendencia es a una pérdida de la 
diversidad.
• Las interrelaciones entre las poblaciones de una 
comunidad, así como las adaptaciones dentro de las 
diferentes poblaciones contribuyen a la estabilidad 
ecológica de la comunidad.
Dinámica de la comunidad microbiana
Dinámica poblacional
Si a una especie determinada se
encuentra en condiciones
irrestrictas, sin nada que limite su
crecimiento y sin otras especies
competidoras o depredadoras, la
población en cuestión alcanzará una
tasa máxima de crecimiento .
Sin embargo, una población no puede crecer indefinidamente, ya que al cabo
del tiempo empiezan a haber limitaciones de recursos y espacio y aumenta el
número de muertes.
En el crecimiento de una población intervienen también el resto de las
poblaciones que comparten territorio con ellas, ya sea por relaciones
beneficiosas o perjudiciales.
Al conjunto de todos los factores
que limitan el crecimiento de una
población se le llama
RESISTENCIA AMBIENTAL.La resistencia ambiental está marcada por una serie de factores que impiden 
que la población alcance su máximo potencial biótico.
Factores externos: bióticos 
(predatores, parásitos, 
competidores), abióticos 
(cambios climáticos, escasez 
de nutrientes, disponibilidad 
de agua, etc.)
Factores internos: densidad 
elevada provoca un descenso 
en el crecimiento así como en 
la división celular y 
competencia.
Esta resistencia hace que tras un crecimiento inicial se alcance un estado mal 
llamado “estacionario” que representaría una CAPACIDAD DE CARGA DEL 
ECOSISTEMA (K), mal entendida como una etapa estable y permanente. 
En condiciones naturales las poblaciones microbianas tienden a mantener un 
número de individuos que oscila alrededor de la capacidad de carga, con 
nuevas divisiones celulares y muerte celular, combinadas con los cambios de 
disponibilidad de nutrientes
A las oscilaciones se les llama FLUCTUACIONES y se dice que la población está 
en EQUILIBRIO DINÁMICO (que por ser
dinámico no es estable)
La regulación de la población puede ser:
• Regulación debida al biotopo
• Regulación debida a la biocenosis
Autorregulación debida al biotopo
La variación de un determinado factor abiótico regula el desarrollo de las 
poblaciones. De estos factores, siempre hay uno especialmente importante 
que representa el factor limitante. 
Dentro de cada factor hay un rango (un máximo y un mínimo) en el cual se 
puede desarrollar una población. Este rango se denomina valencia 
ecológica.
Si el rango o valencia ecológica es muy amplio, la población será poco
exigente o adaptado para ese factor y se dice que es EURIOICA. Su número
de individuos incluso en condiciones óptimas no suele ser muy elevado,
pero toleran amplias variaciones en el valor de ese factor. Son especies
estrategas k.
Si el rango o valencia ecológica es muy estrecho , la población se denomina
ESTENOICA. Son especies exigentes con respecto a ese factor, no pueden
vivir fuera de unos determinados valores. En condiciones óptimas su
desarrollo es muy elevado, alcanzando un gran número de individuos. Son
especies estrategas r
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Valor del factor limitante
Valencia 
ecológica
Estenoica
Eurioica
Autorregulación debida a la biocenosis
Es un proceso que puede ser de dos tipos:
1. Debida a la población . En condiciones óptimas, una 
especie aumenta su número de individuos hasta 
alcanzar el valor del límite de carga K, pero lo pueden 
hacer con dos estrategias: r y k
2. Debida a la comunidad. Las poblaciones están 
relacionadas entre sí e interactúan. Esta relación es un 
factor limitante (biótico), que favorece a unas especies y 
perjudica a otras, y en cualquier caso contribuye a la 
estabilidad o dinámica del ecosistema. Dentro de estas 
interacciones de regulación, hay que destacar: 
competencia, parasitismo, mutualismo, comensalismo.
Sucesión ecológica
Los ecosistemas cambian a lo largo del tiempo. Además son capaces de 
mantener y aumentar su organización, reajustándose, adaptándose a 
cualquier tipo de variación, usando continuamente materia y energía. 
LA SUCESIÓN ECOLÓGICA es por tanto: 
Un proceso dinámico resultante de la interacción de los 
factores bióticos y abióticos en el tiempo, que da lugar a la 
formación de un ecosistema complejo y tendiente a la 
estabilidad. 
Generalmente , el desarrollo de una comunidad mas o menos estable implica 
una sucesión de poblaciones, un cambio secuencial ordenado en las 
poblaciones de la comunidad. En este proceso, unas comunidades sustituyen a 
otras.
Tipos de sucesiones
SUCESIONES PRIMARIAS 
Se producen en territorios vírgenes que aún no han sido colonizados. Es el 
caso de las lavas volcánicas, los aluviones, las dunas. 
Los primeros organismos en colonizar son los líquenes y musgos, que van 
formando el suelo, posteriormente bacterias y hongos y las primeras plantas 
herbáceas. 
SUCESIONES SECUNDARIAS 
Ocurren en ecosistemas que han sufrido una regresión que ha interrumpido su 
camino hacia el clímax o lo ha roto. Todavía se conserva el suelo y parte de la 
vegetación. 
Al cabo de un tiempo, si las condiciones ambientales no han variado, el 
ecosistema se recupera y continúa con su sucesión o se estabiliza. 
Sucesión primaria
• Los primeros microorganismos colonizadores son llamados 
ORGANISMOS PIONEROS.
• Una característica común de los microorganismos pioneros es 
la efectividad de los mecanismos de dispersión.
• La colonización inicial ocurre cuando los microorganismos 
alteran las condiciones del hábitat a su favor dificultando 
futuras sucesiones ( con otros organismos).
• Puede ocurrir el desplazamiento de los pioneros por 
poblaciones secundarias adaptadas al nuevo hábitat. Con el 
tiempo los invasores secundarios también serán desplazados.
• La sucesión finaliza cuando se llega a un conjunto de 
poblaciones relativamente estables o “COMUNIDAD CLIMAX”
Homeostasis y Sucesión secundaria
• Muchas comunidades establecidas poseen un grado de 
estabilidad alto, basado en su homeostasis o la capacidad de 
la comunidad microbiana de mantener su estabilidad e 
integridad en un ambiente sujeto a modificaciones bióticas y 
abióticas
• El concepto de comunidad estable no implica condiciones 
estáticas. Las poblaciones individuales están sujetas a 
fluctuaciones regulares e irregulares.
• La existencia de fluctuaciones reguladas por el tiempo 
(estacionales) en las poblaciones microbianas dan lugar al 
concepto de nicho temporal.
• Los cambios ambientales rigurosos, contaminaciones, 
erupciones volcánicas, pueden desestabilizar el control 
homeostático del ecosistema destruyendo la comunidad 
existente e iniciando un nuevo proceso de sucesión.
Diversidad y estabilidad de las comunidades
microbianas
• Las comunidades biológicas usualmente contienen unas 
pocas especies con muchos individuos o muchas especies 
con pocos individuos.
• Las especies dominantes normalmente son responsables de 
la mayor parte del flujo de la energía dentro del nivel 
trófico.
• Las especies menos abundantes determinan la diversidad 
específica de ese nivel trófico y de la comunidad entera.
• Las comunidades que tienen una estructura compleja, 
como resultado de una gran riqueza de especies, requieren 
una menor cantidad de energía para mantener su 
estructura.
Diversidad y estabilidad de las comunidades 
microbianas
• La diversidad de las especies tiende a ser baja en ecosistemas 
controlados por factores físicos debido a que la adaptación al 
estrés fisicoquímico es predominante y deja poco margen 
para la evolución de las interacciones entre las especies.
• En situaciones donde el ambiente es influenciado por un 
fuerte factor unidireccional, dispondrá de una menor 
flexibilidad para mantener su estabilidad.
• Las poblaciones adaptadas con el tiempo tienden a ser 
altamente especializadas y las comunidades son dominadas 
por unas pocas poblaciones (baja diversidad de especies).
Ejm. Los desiertos en la Antártida son ejemplos de hábitat 
físicamente controlados donde la diversidad de especies es 
muy baja.
• La diversidad de especies tiende a ser mayor en ecosistemas 
biológicamente controlados, donde la importancia de las 
interacciones entre poblaciones predomina sobre el stress 
abiótico. En estas comunidades, el ambiente fisicoquímico 
permite mayor adaptación y relación entre especies, 
resultando en una mayor riqueza de asociaciones.
– Ejm. El suelo; donde la diversidad es generalmente alta
• Generalmente una alta diversidad de un sistema se asocia al 
término estabilidad, a pesar de no haber sido establecida 
una relación de causa-efecto entre diversidad y estabilidad.
Cambios en una sucesión
1. AUMENTO DE LA BIODIVERSIDAD: Tanto en riqueza específica como en
diversidad específica. En general las r estrategas (iniciales) son sustituidas por
las k estrategas (finales)
2. ALARGAMIENTO DE CADENAS TRÓFICAS. Por el aumento del número de
poblaciones y especies.
3. AUMENTO DE LA ESTABILIDAD: Se establecen relacionesentre las especies,
con múltiples retroalimentaciones, que contribuyen a la estabilidad.
4. AUMENTO PROGRESIVO DE LA BIOMASA: Al principio no hay limitación de los
recursos disponibles, la producción es muy alta, por lo que se produce un
aumento progresivo hasta las etapas finales. Finalmente la respiración iguala a
la producción, excepto cuando se retira la biomasa (cultivo). En estos casos
nunca se llegará a la etapa “clímax”
Cambios en una sucesión (cont..)
5. DISMINUCIÓN DE LA PRODUCTIVIDAD: A más evolución y diversidad, 
menos tasa de renovación. 
6. AUMENTO DE LOS NICHOS ECOLÓGICOS: Se produce un mayor 
aprovechamiento y el ecosistema se vuelve más complejo.
7. DISMINUCIÓN DEL FLUJO ENERGÉTICO QUE RECORRE EL 
ECOSISTEMA: Finalmente la energía pasa por muchos organismos por 
lo que se producen más pérdidas, el reciclado se produce 
instantáneamente por lo que la materia apenas tiene tiempo de estar 
en el medio antes de volver a ser capturada. 
Ejemplos de sucesión
• La formación de biopelículas se da como un proceso 
sucesional. 
• El primer paso es el acondicionamiento físico de la superficie 
con la deposición de sustancias que atraen a las bacterias y 
permiten su adherencia y crecimiento.
• Posteriormente las poblaciones realizan la invasión, 
adhiriéndose a las superficies y colonizándolas formando una 
monocapa.
• Mientras se reproducen para formar una capa más gruesa, se 
incorporan nuevas bacterias invasoras y se establece una 
comunidad con múltiples poblaciones. Estas poblaciones 
excretan polisacáridos extracelulares que forman una matriz. 
• Los microorganismos eucariotas, algas y protozoos invaden las 
biopelículas continuando con el proceso de sucesión hasta 
formar una comunidad compleja extremadamente resistente a 
las perturbaciones externas.
Biopelículas
Conforman una comunidad microbiana sésil, 
caracterizada por células que están adheridas 
irreversiblemente a un sustrato o interfase, o unas con 
otras, encerradas en una matriz de sustancias 
poliméricas extracelulares que ellas han producido. 
Así, exhiben un fenotipo alterado en relación con la 
tasa de crecimiento y transcripción génica. 
Las biopelículas constituyen un modo protegido de 
crecimiento y desarrollo que permite a los 
microorganismos sobrevivir en ambiente hostiles, 
siendo su comportamiento y fisiología 
significativamente diferentes de aquellos 
microorganismos que crecen en medio líquido. 
Formación de las biopelículas
BIOPELÍCULAS DE 
Patógenos
Variables de importancia en la fijación, formación y desarrollo de la biopelícula
Regresiones
La REGRESIÓN puede ocurrir por causas naturales (incendios, inundaciones, cambio
climático, volcanes,...) o por causas antrópicas, (deforestación, contaminación,
introducción de nuevas especies...)
En la regresión suelen aparecer poblaciones de estrategas “r ”(oportunistas)
Las principales regresiones se producen en los ecosistemas terrestres, debido a
sobrepastoreo, talas excesivas, deforestación, erosión o incendios.
Cuando el fenómeno es muy grave la comunidad puede perder su capacidad de
regeneración.
En los ecosistemas acuáticos la más importante es la regresión producida por
contaminación con abonos y fertilizantes en aguas dulces y la contaminación del
litoral y la sobreexplotación pesquera en el medio marino.
Es un proceso inverso a la sucesión ecológica: 
Regresiones antrópicas
 Deforestación: Provocada por la tala y la quema de árboles y 
por la agricultura mecanizada.
 Incendios forestales: El fuego ha sido un factor natural que 
rejuvenece los bosques templados y los mediterráneos ricos 
en especies pirófilas.
 Introducción de nuevas especies
Intercambios genéticos en las comunidades
microbianas
• La estabilidad de una comunidad depende de la 
totalidad de los genes de las poblaciones 
individuales.
• La persistencia de una población puede estar 
determinada por su adaptación genética, es decir la 
contribución con uno o más alelos a las generaciones 
sucesivas para el caso eucariota y la transferencia 
horizontal de genes en bacterias.
• Las mutaciones, deriva genética, recombinaciones , así 
como los mecanismos de transferencia horizontal 
juegan un rol de importancia
Adaptaciones
• Adaptaciones a temperaturas extremas
– Psicrófilos
– Termófilos
• Adaptaciones en otros ambientes extremos
– Halotolerantes, Osmotolerantes
– Tolerantes a la radiación
– Acidófilos, Alcalinófilos
Adaptaciones: Psicrófilos
Impiden la actuación de los mecanismos de control 
que hacen que en los mesófilos se interrumpa la 
síntesis de proteínas por debajo de los 5ºC.
• Mayor cantidad de plegamientos hélice alfa o menor 
cantidad de láminas beta en la estructura secundaria 
de las proteínas.
• Mayor cantidad de aa polares y menor de hidrofóbicos 
en las proteínas lo que ayuda a mantenerlas flexibles.
• Membranas flexibles a bajas temperatura debido a la 
existencia de lípidos insaturados y/o de cadena corta y 
disminución de ácidos grasos cíclicos permitiendo que 
las membranas permanezcan en un estado semifluido.
Adaptaciones: Termófilos
• Distinta estructura de la membrana celular (arqueobacterias). Presencia de 
cadenas isoprenoides ramificadas (fitanil, difitanil) unidas por enlaces éter 
al glicerol.
• Secuencias de aa poco frecuentes en las proteínas que las estabilizan a 
temperaturas elevadas impidiendo su inactivación y desnaturalización 
(modifican el plegado); acumulación de solutos (2,3 difosfoglicerato cíclico) 
que estabilizan proteínas; presencia de proteínas especiales que estabilizan 
otras proteínas por replegamiento a temperaturas próximas al límite de 
crecimiento (ej. ATPasa y chaperonina en Pyrodictium).
• Presencia de proteínas de unión al DNA que impiden su fusión 
(plegamiento del DNA en una conformación consistente con la estabilidad 
térmica)
• DNA girasa reversa: Superenrrollamientos (+) en el DNA
• Acumulación de sales: K+ evita la depurinización
• Altas proporciones de G y C en el DNA que le da estabilidad y aumenta el 
punto de fusión de este ácido nucleico (algunos hipertermófilos, sin 
embargo, tienen mas AT)
Supervivencia en altas temperaturas
Adaptaciones a la salinidad
• Acúmulo/formación de solutos compatibles . Eubacterias y 
eucariotas: sustancias orgánicas neutras. Arqueas: sales de Na+ y 
K+
• Sistemas de transporte de membrana dependientes de Na+ en 
bacterias marinas
• Las enzimas adaptadas requieren cationes (Na+, K+) para su 
función catalítica y así compensan también las cargas
• Modificación de la estructura terciaria en las enzimas
• Compartimentalización de algunas enzimas
• En arqueas, las membranas únicas con lípidos isoprenoides se 
cargan negativamente y se estabilizan con cationes.
• Adaptación a la radiación (presencia de bacteriorruberinas, 
carotenoide C-50)
• Algunas halobacterias (arqueas) pueden fotofosforilar (vía 
bacteriorrodopsina) en condiciones anaerobias o microaerófilas
Producción de carotenos en bacterias de fotosíntesis (A) y en Arqueas halófilas)
El estudio de los ecosistemas y 
comunidades microbianas
• Un ecosistema microbiano está conformado por las comunidades y 
su entorno abiótico y tiene comportamiento autosostenible.
En el estudio de las comunidades microbianas surgen las siguientes 
interrogantes:
• ¿Qué microorganismos están presentes?
– Detección/identificación
• ¿Dónde están?
– Detección/localización, patrones de distribución espacial y temporal
• ¿Cuántos microorganismos de cada población están presentes 
– Número/biomasa
• ¿Qué están haciendo, cómo interactúan y cómo los cambios 
ambientales influencian su actividad?
– Actividad/metabolismo
Estudio de las comunidades microbianas
Herramientas de estudio
• Modelos Experimentales: se definen las condiciones 
ambientales y las poblaciones biológicas en esquemas 
simplificados: Sistemas batch, Sistemas continuos
• Modelos matemáticos: Para el examen de los modelos 
experimentales. Se utilizan algoritmos matemáticos para 
predecircomportamiento en el tiempo.
• Caracterización fenotípica: Requiere aislamiento y 
cultivo; tinción, cuantificación caracterización 
morfológica; análisis bioquímico, 
• Caracterización molecular: ADN y ARN, hibridación, etc
• Metagenómica: para organismos no cultivables
• Sistemas batch:
La concentración de nutrientes inicial está en exceso 
Crecimiento irrestricto.
Son modelos adecuados de ecosistemas que reciben 
grandes cantidades de materia orgánica : derrame, 
acumulación de hojarazca en el suelo, etc.
Son autosostenibles sólo cuando tienen una entrada 
adecuada de energía lumínica y mantienen 
microorganismos fotoautótrofos.
• Sistemas continuos:
Sistema autorregulado: la concentración del nutriente 
limitante determina la velocidad de crecimiento de las 
poblaciones microbianas. La selección de poblaciones 
depende de la concentración del sustrato limitante y del tipo 
de nutriente.
Ecología Cuantitativa
• El número de microorganismos, su biomasa y su actividad
metabólica son las primeras variables medidas en los 
ecosistemas microbianos. 
• Aún cuando estos datos muestren correlación, en 
condiciones reales muchas veces esta correlación no se da, 
ya que los muestreos no nos proporcionan los datos de toda 
la comunidad.
• Los procedimientos de muestreo deben asegurar el no 
perturbamiento de las poblaciones.
• Los métodos de aislamiento y cuantificación tradicionales 
están dirigidos a microorganismos cultivables para su 
posterior caracterización fenotípica.
• Los análisis moleculares permiten actualmente inferir 
características fisiológicas en las poblaciones no cultivables
Ecología cuantitativa- Principios de Muestreo
1. Han de tomarse unidades de muestreo replicadas en cada combinación de 
tiempo, localidad y cualquier otra variable controlada. Las diferencias entre 
las situaciones sólo pueden ser demostradas comparando las diferencias en los 
grupos. 
2. Debe tomarse, para cada combinación de variables controladas, el mismo 
número de repeticiones seleccionadas aleatoriamente. Tomar unidades de 
muestreo en sitios típicos o representativos no es muestrear al azar. 
3. Para comprobar que una condición produce efecto ha de muestrearse en 
una situación en la que se produzca la condición y en otra en la que no se 
produzca, permaneciendo todo lo demás igual. Un efecto sólo puede ser 
demostrado por comparación con un control. 
4. Es necesario realizar algunos muestreos previos para disponer de 
elementos para la evaluación del diseño de muestreo y de las posibles 
opciones de análisis estadístico. Saltar este paso por no disponer de tiempo 
produce a menudo una pérdida de tiempo. 
Ecología cuantitativa- Principios de Muestreo (cont..)
5. Es necesario verificar que los instrumentos y métodos permitan muestrear 
la población que se desea, y poseen una adecuada eficacia y constante en 
todo el espectro de condiciones que pueden encontrarse. 
6. Si el área de estudio presenta una patrón ambiental a gran escala, es 
necesario dividirla en subáreas relativamente homogéneas y muestrear en 
cada una de ellas proporcionalmente a su superficie. Si se intenta estimar la 
abundancia de organismos, el número de unidades de muestreo dependerá 
entonces de la proporción de individuos en cada subárea y no del tamaño de 
estas. 
7. Es necesario verificar que la unidad de muestreo sea adecuada al tamaño, 
la densidad y distribución espacial de los organismos que se están 
muestreando. Con ello puede estimarse el tamaño muestral necesario para 
obtener la precisión deseada. 
8. Los datos han de ser probados para determinar: la normalidad, la 
homogeneidad de la varianza y la independencia de la media. Si no se produce 
esta situación, como ocurre en la mayor parte de los datos de campo 
entonces: (a) transformar apropiadamente los datos; (b) utilizar una prueba 
de distribución libre (no paramétrica); (c) utilizar un diseño de muestreo 
secuencial apropiado.
Medida del crecimiento microbiano
• Existen dos formas para determinar el número total de microorganismos en una 
muestra:
– Recuento microscópico de partículas
– Recuento electrónico de partículas
• Para otros, el crecimiento implica el aumento de los microorganismos capaces de 
formar colonias debido a que sólo se tiene en cuenta el número de microorganismos 
viables, esto es capaces de crecer indefinidamente. Las determinaciones que se 
utilizan son:
– Recuento de colonias
– Método del número más probable
• Para los fisiólogos bacterianos, bioquímicos y biólogos moleculares una medida del 
crecimiento es el incremento de biomasa. Para ellos, la síntesis macromolecular y un 
incremento en la capacidad para la síntesis de los componentes celulares es una 
medida del crecimiento. Para este grupo la división celular es un proceso esencial 
pero menor que rara vez limita el crecimiento, ya que lo que limita el crecimiento es 
la capacidad del sistema enzimático para utilizar los recursos del medio y formar 
biomasa.
– Determinación de peso húmedo
– Determinación de peso seco
– Determinación de nitrógeno total
– Determinación química de un ácido nucleico
La columna de Winogradsky es una demostración clásica de cómo los microorganismos ocupan "microespacios" 
altamente específicos de acuerdo con sus tolerancias medioambientales y sus necesidades vitales (requerimientos de 
carbono y energía) y que, además, ilustra cómo diferentes microorganismos desarrollan sus ciclos, y la interdependencia 
que llega a existir entre ellos (las actividades de un microorganismo permiten crecer a otro y viceversa).
Metagenómica en el suelo
Las comunidades microbianas en la 
naturaleza
• Litósfera. 
– Microorganismos del ambiente terrestre
• Hidrósfera
– Microorganismos del ambiente acuático, lagos y océanos
• Atmósfera
– Microorganismos del aire
Las comunidades microbianas en la 
naturaleza
El suelo constituye un habitat favorable para el desarrollo de los 
microorganismos. El número de microorganismos suele ser mayor que 
en hábitat acuáticos (dulce-salado) ... 106 – 109 bacterias/g de suelo.
Zimógenos: 
Oportunistas, no pueden asimilar los 
compuestos húmicos. 
Desarrollan gran actividad con rápido 
crecimiento sobre sustratos fácilmente 
asimilables: vegetal, restos de 
animales muertos. 
Activos sólo por períodos en función 
de la disponibilidad de nutrientes: 
Pseudomonas, Bacillus, Penicillum, 
Aspergillus.
Su comportamiento se ajusta a los 
estrategas r
Autóctonos:
Fracción de la comunidad que 
puede utilizar las sustancias 
húmicas.
Lenta actividad (Gram 
negativos y actinomicetos).
Su comportamiento se ajusta a 
los estrategas K
Sergei Winogradsky,
SUELO
Grupo Actinomycetes
10-30% de las bacterias del suelo
Agar Hickey-Tresner agar después de la 
incubación a 30°C por 4 semanas
Géneros Streptomyces y Nocardia son los mas abundantes
Nocardia
Streptomyces
Streptomyces griseus sp. 
griseus.
Resistentes a la 
desecación
Desarrollan bien en 
suelos alcalinos o 
neutros.
http://ar.wrs.yahoo.com/;_ylt=AlbZcmYGSg6XoQKpBCpolfq29Qt.;_ylu=X3oDMTA4NDgyNWN0BHNlYwNwcm9m/SIG=136sburto/EXP=1128617900/**http:/www.toyama-mpu.ac.jp/hp/clla/saikin/senshokuzou/Nocardia1.jpg
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Las especies fijadoras de N2 representan 
factores críticos muy importantes en el suelo 
para la actividad microbiana y el desarrollo de 
las plantas superiores.
• Grupo cianobacterias, fotolitótrofos. 
• Género Azotobacter, quimioheterótrofo 
fijador libre de N2
• Género Clostridium, heterótrofo anaeróbico, 
algunas especies son fijadoras de N2
• Género Rhizobium y Bradyrhizobium fijan 
N2 dentro de los nódulos de la raiz de ciertas 
plantas.
Formas 
filamentosas que 
forman 
heterocistos
Cianobacterias
Pueden desarrollar en formas libres o en 
micorrizas. 
Predominan en los primeros10 cm del suelo y 
abundan en suelos bien aireados y de pH 
ácido.
La mayoría son oportunistas (zimógenos) 
Permanecen en dormancia activándose en 
presencia de condiciones favorables.
Degradadores de lignina, celulosa
Los géneros mas frecuentemente aislados: 
Aspergillus, Geotrichum, Penicillum.
Las formas alóctonas pueden desarrollar a 
expensas de los nutrientes del suelo.
Los hongos constituyen una alta proporción de la biomasa 
microbiana. 
Gran diversidad de géneros
Géneros predominantes de levaduras 
indígenas del suelo: Candida, 
Rhodotorula Cryptococcus. Las formas 
alóctonas llegan con vegetales enfermos. 
Varios géneros de algas viven en el 
suelo. 
Pueden desarrollar en la superficie y en 
los primeros mm de la superficie del suelo,
106 / g.
La mayoria son pequeñas y unicelulares.
Constituyen la microflora fotosintética 
dominante del suelo. Algunas pueden 
utillizar compuestos preformados C/E
Son importantes en la colonizacion inicial 
de las rocas, formacion y conservacion del 
suelo.
Pueden desplazarse hacia la 
subsuperficie del suelo transformándose 
en alóctonas y pueden ser consumidos por 
los indígenas.
ALGAS
Protozoos de vida libre en suelo 
son de pequeño tamaño y baja diversidad 
comparado con el ambiente acuático.
Predominan las formas flageladas, 104 – 105/g
Predominan cerca de la superficie, 15 cm.
Requieren relativamente alta concentracion de O2, 
son importantes predadores de bacterias y algas. 
Importante lugar en la cadena trófica como 
predadores de algas unicelulares, bacteria y 
hongos.
Constituyen el alimento de los 
microinvertebrados.
El rol ecológico es la transferencia de la 
producción de algas y bacterias hacia los 
sucesivos niveles tróficos.
Amoeba
PROTOZOOS
Comunidades microbianas en ambientes 
acuáticos
Factores que afectan la 
distribución microbiana
Penetración de la luz: Zona 
fótica
Presión: (1-10,000 
atmósferas) 
Microorganismos barofílicos 
y barotolerantes 
Microorganismos asociados con procesos metabólicos claves en lagos 
y esteras de la Antartida 
FEMS Microbiol Rev 37 (2013) 303–335
Comunidades microbianas en el Aire
A. Ordenes de Bacteria y B. Taxones de Eukarya con abundancia relativa significativamente 
diferente entre estaciones . 
Caliz et al 2018. A long-term survey unveils strong seasonal patterns in the airborne microbiome coupled to general and 
regional atmospheric circulations. PNAS .115 (48) 12229-12234.
Cambios estacionales de los microorganismos del Aire