De acordo com o tipo de nutrição, todos os organismos vivos conhecidos são divididos em dois grandes tipos: hetero e autótrofos. Uma característica distintiva deste último é sua capacidade de construir independentemente novos elementos a partir de dióxido de carbono e outras substâncias inorgânicas.
As fontes de energia que sustentam sua atividade vital determinam sua divisão em fotoaftotróficos (a fonte é a luz) e quimioautotróficos (a fonte são os minerais). E dependendo do nome do substrato oxidado pelos quimioautortófitos, eles são divididos em bactérias hidrogênio e nitrificantes, assim como bactérias sulfurosas e ferrosas.
Este artigo será dedicado ao grupo mais comum entre eles - bactérias nitrificantes.
Histórico de descobertas
Mesmo em meados do século 19, cientistas alemães provaram que o processo de nitrificação é biológico. Empiricamente, eles mostraram que quando o clorofórmio foi adicionado à água de esgoto, a oxidação da amônia parou. Mas para explicar por que isso acontece, eles nãopoderia.
Isso foi feito alguns anos depois pelo cientista russo Vinogradsky. Ele identificou dois grupos de bactérias que gradualmente participaram do processo de nitrificação. Assim, um grupo garantiu a oxidação do amônio a ácido nitroso, e o segundo grupo de bactérias foi responsável por sua conversão em ácido nítrico. Todas as bactérias nitrificantes envolvidas neste processo são Gram-negativas.
Características do processo de oxidação
O processo de formação de nitrito por oxidação de amônio tem várias etapas, durante as quais são formados compostos contendo nitrogênio com diferentes graus de oxidação do grupo NH.
O primeiro produto da oxidação do amônio é a hidroxilamina. Muito provavelmente, é formado devido à inclusão de oxigênio molecular no grupo NH4, embora esse processo não tenha sido finalmente comprovado e permaneça discutível.
Em seguida, a hidroxilamina é convertida em nitrito. Presumivelmente, o processo é realizado através da formação de NOH (hiponitrito) com a liberação de óxido nitroso. Nesse caso, os cientistas consideram a produção de óxido nitroso apenas um subproduto da síntese, devido à redução do nitrito.
Além da produção de elementos químicos, uma grande quantidade de energia é liberada durante a desnitrificação. À semelhança do que acontece em organismos aeróbios heterotróficos, neste caso a síntese de moléculas de ATP está associada a processos redox, pelo que os electrões são transferidos para o oxigénio.
Quando o nitrito é oxidado, o processo de transporte reverso desempenha um papel importanteelétrons. A inclusão de seus elétrons na cadeia ocorre diretamente nos citocromos (tipo C e/ou tipo A), e isso requer uma quantidade bastante grande de energia. Como resultado, as bactérias nitrificantes quimioautotróficas são totalmente providas da reserva de energia necessária, que é utilizada para os processos de construção e assimilação de dióxido de carbono.
Tipos de bactérias nitrificantes
Quatro gêneros de nitrobactérias participam da primeira fase da nitrificação:
- nitrosomonas;
- nitrocystis;
- nitrosolubus;
- nitrosospira.
A propósito, você pode ver bactérias nitrificantes na imagem sugerida (foto ao microscópio).
Experimentalmente, entre eles é bastante difícil, e muitas vezes completamente impossível destacar uma das culturas, então sua consideração é predominantemente complexa. Todos os microrganismos listados têm tamanho de até 2-2,5 mícrons e são predominantemente ovais ou redondos (com exceção da nitrospira, que tem a forma de um bastão). Eles são capazes de fissão binária e movimento direcionado devido a flagelos.
A segunda fase da nitrificação participa:
- gênero Nitrobacter;
- tipo nitrospin;
- nitrococus.
A cepa de bactérias do gênero Nitrbacter mais estudada, em homenagem ao seu descobridor Vinogradsky. Essas bactérias nitrificantes possuem células em forma de pêra, que se multiplicam por brotamento, com a formação de uma célula filha móvel (devido ao flagelo).
Estrutura de bactérias
As bactérias nitrificantes estudadas possuem estrutura celular semelhante a outros microrganismos gram-negativos. Alguns deles têm um sistema bastante desenvolvido de membranas internas que formam uma pilha no centro da célula, enquanto em outros estão localizados mais na periferia ou formam uma estrutura em forma de xícara, composta por várias folhas. Aparentemente, é com essas formações que se associam enzimas que estão envolvidas no processo de oxidação de substratos específicos por nitrificantes.
Bactérias nitrificantes tipo de alimento
Nitrobactérias são autótrofas obrigatórias, pois não são capazes de utilizar substâncias orgânicas exógenas. No entanto, a capacidade de algumas cepas de bactérias nitrificantes de usar alguns compostos orgânicos foi demonstrada experimentalmente.
Verificou-se que o substrato contendo autolisados de levedura, serina e glutamato em baixas concentrações, estimulou o crescimento de nitrobactérias. Isso ocorre tanto na presença de nitrito quanto na sua ausência no meio nutriente, embora o processo seja muito mais lento. Por outro lado, na presença de nitrito, a oxidação do acetato é suprimida, mas a incorporação de seu carbono em proteínas, vários aminoácidos e outros componentes celulares aumenta significativamente.
Como resultado de vários experimentos, foram obtidos dados de que bactérias nitrificantes ainda podem mudar para nutrição heterotrófica, mas ainda não se sabe quão produtiva e por quanto tempo elas podem existir em tais condições. Desde que os dados sejam suficientesinconsistente para tirar conclusões finais sobre este assunto.
Habitat e importância das bactérias nitrificantes
As bactérias nitrificantes são quimioautotróficas e estão amplamente distribuídas na natureza. Eles são encontrados em todos os lugares: no solo, vários substratos, bem como em corpos d'água. O processo de sua atividade vital contribui muito para o ciclo geral do nitrogênio na natureza e, de fato, pode atingir grandes proporções.
Por exemplo, um microrganismo como nitrocystis oceanus, isolado do Oceano Atlântico, pertence aos halófilos obrigatórios. Só pode existir na água do mar ou em substratos que a contenham. Para esses microrganismos, não apenas o habitat é importante, mas também constantes como pH e temperatura.
Todas as bactérias nitrificantes conhecidas são classificadas como aeróbias obrigatórias. Eles precisam de oxigênio para oxidar amônio em ácido nitroso e ácido nitroso em ácido nítrico.
Condições de habitat
Outro ponto importante que os cientistas identificaram é que o local onde vivem as bactérias nitrificantes não deve conter matéria orgânica. Foi apresentada a teoria de que esses microrganismos, em princípio, não podem usar compostos orgânicos de fora. Eles até foram chamados de autotróficos obrigatórios.
Subseqüentemente, o efeito prejudicial da glicose, uréia, peptona, glicerina e outros orgânicos em bactérias nitrificantes foi repetidamente comprovado, mas os experimentos não param.
A importância das bactérias nitrificantes parasolo
Até recentemente, acreditava-se que os nitrificantes tinham um efeito benéfico sobre o solo, aumentando sua fertilidade ao quebrar a amônia em nitratos. Estes últimos não são apenas bem absorvidos pelas plantas, mas também por si só aumentam a solubilidade de certos minerais.
No entanto, nos últimos anos, as visões científicas vêm mudando. O efeito negativo dos microrganismos descritos na fertilidade do solo foi revelado. Bactérias nitrificantes, formando nitratos, acidificam o ambiente, o que nem sempre é positivo, e também provocam a saturação do solo com íons de amônio em maior medida do que os nitratos. Além disso, os nitratos têm a capacidade de serem reduzidos a N2 (durante a desnitrificação), o que, por sua vez, leva ao esgotamento do nitrogênio do solo.
Qual é o perigo das bactérias nitrificantes?
Algumas cepas de nitrobactérias na presença de um substrato orgânico podem oxidar amônio, formando hidroxilamina e, posteriormente, nitritos e nitratos. Além disso, como resultado de tais reações, podem ocorrer ácidos hidroxâmicos. Além disso, várias bactérias realizam o processo de nitrificação de vários compostos que contêm nitrogênio (oximas, aminas, amidas, hidroxamatos e outros compostos nitro).
A escala de nitrificação heterotrófica sob certas condições pode ser não apenas enorme, mas também muito prejudicial. O perigo reside no fato de que, no decorrer de tais transformações, ocorre a formação de substâncias tóxicas, mutagênicas e cancerígenas. Portanto, os cientistas estão intimamenteestão estudando este tópico.
Filtro biológico sempre à mão
Bactérias nitrificantes não é um conceito abstrato, mas uma forma de vida muito comum. Além disso, eles são frequentemente usados por humanos.
Por exemplo, essas bactérias fazem parte dos filtros biológicos dos aquários. Este tipo de limpeza é menos dispendioso e não tão trabalhoso como a limpeza mecânica, mas ao mesmo tempo exige o cumprimento de certas condições para garantir o crescimento e a atividade vital das bactérias nitrificantes.
O microclima mais favorável para eles é a temperatura ambiente (neste caso a água) da ordem de 25-26 graus Celsius, um fornecimento constante de oxigênio e a presença de plantas aquáticas.
Bactérias nitrificantes na agricultura
Para aumentar a produtividade, os agricultores usam vários fertilizantes contendo bactérias nitrificantes.
Nutrição do solo neste caso é fornecida por nitrobactérias e azotobactérias. Essas bactérias extraem as substâncias necessárias do solo e da água, que formam uma quantidade suficientemente grande de energia durante o processo de oxidação. Este é o chamado processo de quimiossíntese, quando a energia recebida é usada para formar moléculas complexas de origem orgânica a partir de dióxido de carbono e água.
Esses micro-organismos não precisam de nutrientes do ambiente - eles podem produzi-los sozinhos. Então, se as plantas verdes, que também são autótrofas, precisamluz solar, então não é necessário para bactérias nitrificantes.
Solo autolimpante
O solo é um substrato ideal para o crescimento e reprodução não apenas das plantas, mas também de muitos organismos vivos. Portanto, sua condição normal e composição equilibrada são extremamente importantes.
Lembre-se que as bactérias nitrificantes também proporcionam a limpeza biológica do solo. Eles, estando no solo, reservatórios ou húmus, convertem a amônia, que é liberada por outros microrganismos e resíduos de materiais orgânicos, em nitratos (para ser mais preciso, em sais de ácido nítrico). Todo o processo consiste em duas etapas:
- Oxidação de amônia em nitrito.
- Oxidação de nitrito em nitrato.
Ao mesmo tempo, cada estágio é fornecido por diferentes tipos de microrganismos.
O chamado círculo vicioso
A circulação de energia e a manutenção da vida na Terra são possíveis devido à observância de certas leis da existência de todos os seres vivos. À primeira vista, é difícil entender o que está em jogo, mas na verdade tudo é bem simples.
Vamos imaginar a seguinte figura de um livro escolar:
- Substâncias inorgânicas são processadas por microorganismos e assim criam condições favoráveis no solo para o crescimento e nutrição das plantas.
- Eles, por sua vez, são uma fonte indispensável de energia para a maioria dos herbívoros.
- A próxima cadeia deste elo da vida são os predadores, cuja energia é,respectivamente, suas contrapartes herbívoras.
- As pessoas são conhecidas por serem predadoras, o que significa que podemos obter energia tanto do mundo vegetal quanto do mundo animal.
- E já a nossa própria vida, assim como essas mesmas plantas e animais, servem de substrato nutritivo para os microrganismos.
Assim, um círculo vicioso é obtido, funcionando continuamente e proporcionando vida para toda a vida na Terra. Conhecendo esses princípios, não é difícil imaginar quão multifacetado e realmente ilimitado é o poder da natureza e de todos os seres vivos.
Conclusão
Neste artigo, tentamos responder à pergunta sobre o que são as bactérias nitrificantes na biologia. Como você pode ver, apesar da evidência irrefutável da atividade vital, funcionamento e influência desses microrganismos, ainda existem muitas questões controversas que requerem mais pesquisas experimentais.
As bactérias nitrificantes são classificadas como quimiotróficas. Vários minerais servem como fonte de energia para eles. Apesar de seu tamanho microscópico, esses organismos vivos têm um enorme impacto no mundo ao seu redor.
Como você sabe, os quimiotróficos não podem absorver compostos orgânicos que estão no substrato (solo ou água). Pelo contrário, eles produzem o material de construção para criar uma célula viva e funcional.
