dentro de la bacteria, los nutrientes quedan retenidos.
Otros miembros de la red de nutrientes del suelo obtienen su energía y nutrientes comiendo bacterias. Si no hay un número suficiente de bacterias en el suelo, las poblaciones de estos miembros de la red de nutrientes del suelo sufren. Las bacterias forman parte de la base de la pirámide de la red de nutrientes del suelo.
Alimentar a las bacterias
Los exudados de las raíces son una comida favorita para ciertas bacterias del suelo y, en consecuencia, enormes poblaciones de bacterias se concentran en la rizosfera, donde estas también encuentran nutrientes de las células que se desprenden con el crecimiento de las puntas de las raíces. Pero no todas las bacterias del suelo viven en la rizosfera porque, afortunadamente, la materia orgánica es casi tan ubicua como las bacterias. Toda la materia orgánica se compone de moléculas grandes y complejas, muchas de las cuales consisten en cadenas de moléculas más pequeñas en patrones repetitivos que suelen contener carbono. Las bacterias son capaces de romper los enlaces a lo largo de ciertos puntos de estas cadenas, creando cadenas más pequeñas de azúcares simples, ácidos grasos y aminoácidos. Estos tres grupos ofrecen la base fundamental que las bacterias necesitan para sustentarse.
Las bacterias emplean enzimas tanto para romper los enlaces que sostienen las cadenas orgánicas como para digerir su alimento. Todo esto se hace fuera del organismo antes de ingerirlo. Las bacterias emplean un sinfín de enzimas, pues se han adaptado a lo largo de miles y miles de años para atacar todo tipo de materia orgánica e incluso inorgánica. Resulta una hazaña sorprendente que las bacterias puedan emplear enzimas para descomponer la materia orgánica, mientras consiguen a la vez no impactar en su propia membrana celular.
Con aire y sin aire
Existen dos grupos de bacterias. El primero, las bacterias anaeróbicas, puede vivir en ausencia de oxígeno; de hecho, la mayoría no puede vivir si este está presente. El género bacteriano Clostridium, por ejemplo, no necesita oxígeno para sobrevivir y puede invadir y destruir el interior del tejido blando de la materia en descomposición. Los derivados de la descomposición anaeróbica incluyen el ácido sulfhídrico (piensa en huevos podridos), el ácido butírico (piensa en un vómito), amoníaco y vinagre. La tristemente célebre Escherichia coli (E. Coli) y otras bacterias que por lo general se encuentran en el tracto gastrointestinal de los mamíferos (y también en los compost mal elaborados a base de estiércol) son anaerobios facultativos, lo que significa que pueden vivir en condiciones aeróbicas si es necesario, pero prefieren los entornos anaeróbicos.
La mayoría de los jardineros ha olido derivados de la descomposición anaeróbica, quizás en el jardín, pero sin duda en la nevera. Estos son olores para recordar porque, cuando se prepara el compost y se cultiva en la red de nutrientes del suelo, las condiciones anaeróbicas fomentan las bacterias patógenas y, lo que es peor, matan a las bacterias aeróbicas beneficiosas, el otro gran grupo de bacterias: las que requieren aire.
Si bien algunas bacterias aeróbicas facultativas pueden vivir en condiciones anaeróbicas de ser necesario, no es el caso para la mayoría. Las bacterias aeróbicas no suelen causar malos olores. De hecho, las actinobacterias (del orden Actinomycetales y, en concreto, del género Streptomyces) producen enzimas que incluyen elementos químicos volátiles que dan al suelo su aroma a limpio, fresco y terroso. Cualquiera que haya cultivado reconoce este olor, el olor de un «buen suelo».
Las actinobacterias son distintas de otras bacterias del suelo: en realidad, forman filamentos, casi como las hifas de los hongos. Algunos científicos creen que las especies Streptomyces usan los filamentos ramificados para conectar las partículas del suelo para que tanto ellas como las partículas sean demasiado grandes para ser devoradas por sus depredadores naturales, los ciliados protozoarios, que se las tragarían para ingerirlas. Las actinobacterias están particularmente versadas en descomponer celulosa y quitina, dos compuestos de 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