HABITAT MICROBICI: i microrganismi nell’atmosfera
Rilasciati dagli habitat terrestri e acquatici attraverso vento e acqua
Presenti nell’aerosol:
• sotto forma di singole cellule o spore
• adesi a particelle di polvere, polline e suolo
• associati con insetti e protisti
Il contenuto medio (50-1500 cellule/m3) è influenzato da:
condizioni climatiche, radiazione solare, zona, sorgente,
periodo del giorno e dell’anno, grado di inquinamento,
capacità
di sopravvivenza
Possono causare danni per la salute umana (allergie e infezioni)
Si diffondono efficacemente
attraverso la produzione di spore
Sono strettamente associati a
malattie e allergie
80% Gram-positivi
Generi più
rappresentati:
Bacillus
Micrococcus
Bacterium
Percentuale
coltivabile: 1%
HABITAT MICROBICI:microrganismi di rocce e sottosuolo
Caratteristiche:
-In grado di solubilizzare minerali e sfruttarli per il metabolismo
(produzione di acidi organici e agenti chelanti);
-Resistenti all’essiccamento e all’intenso irraggiamento;
-Capaci di modificare il metabolismo in risposta alle variazioni
ambientali
COMUNITA’ CRIPTOENDOLITICHE
DESERTI CALDI:
-prevalenza di produttori primari
procariotici (cianobatteri);
-elevata tolleranza alle forti escursioni
di temperatura e umidità.
DESERTI POLARI:
-prevalenza di funghi e alghe
eucariotiche (licheni);
-formazione di stratificazioni
intensamente colorate verde-nero
DESERTI CALDI
EUBATTERI
Metallogenium sp. e Pedomicrium sp.
Deserto di Varnish, le Alabama Hills in Owens
Valley. Si possono notare le incrostazioni delle
rocce dalla tipica colorazione rossastra dovuta
alla presenza di colonie di batteri filamentosi del
genere Metallogenium e Pedomicrium. Questi
sono organismi dalle cellule sferoidali dalle
dimensioni di 0.4-2 micron, che ossidano il
manganese ed il ferro originando così i composti
colorati.
EUBATTERI
Microcoleus vaginatus
Le incrostazioni desertiche sono ricche di questo
cianobatterio, Microcoleus vaginatus. I filamenti
di questo microrganismo sono incastonati in un
rivestimento minerale.I filamenti più piccoli si
accrescono in direzione della zona della crosta
quando questa assorbe acqua per diversi giorni.
DESERTI POLARI
I licheni utilizzano l'acqua assorbendola solo quando serve: non la
trattengono nel loro corpo perché, data la temperatura, spesso sotto zero,
ghiaccerebbero e morirebbero.
Vita microbica nel sottosuolo
Biofilm microbico (rosso Nilo) sulla
superficie di un frammento di basalto
(1500 m di profondità)
HABITAT MICROBICI: il suolo
Formazione del suolo:
-processi biologici (alghe, licheni, muschi)
H2CO3
Acidi organici
chemiorganotrofi
e funghi
Disgregazione delle rocce
-processi fisici (gelo e disgelo)
Ulteriore disgregazione delle rocce e sviluppo di piante pioniere
e microflora nella rizosfera
-fattori climatici e insediamento di animali
Aumento di profondità del suolo e conseguente sviluppo di
piante e alberi
Profilo del suolo maturo
Caratteristiche del suolo che influenzano la flora microbica
• tessitura
PROTOSUOLI: aggregati eterogenei di argilla, sabbia,
limo, resti di piante animali e insetti
• composizione/
struttura
Fattori che influenzano l’attività batterica nel suolo
- Umidità: - favorisce la diffusione di fattori nutririvi solubili,
- “tampona” le variazioni di temperatura,
- riduce la diffusione dell’ossigeno.
- Concentrazione idrogenionica:
-terreni acidi funghi,
- terreni neutri batteri e attinomiceti
- Aerazione: - influenza il metabolismo microbico (aerobi,
anaerobi facoltativi o obbligati)
- Potenziale ossidoriduttivo:
-potenziale positivo
- potenziale negativo
ambiente ossidante,
ambiente riducente
Fattori che influenzano l’attività batterica nel suolo
- temperatura: -ogni specie microbica ha un proprio optimum
di temperatura (psicrofili, mesofili e termofili)
- sostanze inibenti e sostanze colloidali:
-composti inorganici attivi ad alte concentrazioni (sali
inorganici),
-composti inorganici attivi a basse concentrazioni (arsenico,
rame, idrogeno solforato, cationi dei metalli pesanti),
-composti organici prodotti dalle piante,
-argille o affini che ostacolano la diffusione dei nutrienti o
favoriscono la rimozione di sostanze tossiche
- salinità: la presenza di sali aumenta la pressione osmotica
consentendo la crescita di solo alcune specie microbiche (alofili)
La rizosfera
NUTRIENTI:
•Essudati
•Secrezioni
•Lisati (di cellule morte)
•Mucillagini, polisaccaridi
•Mucigel, di origine vegetale o microbica
EFFETTO:
•Modificazione del pH
•Incremento della biodisponibilità delle sostanze
•Incremento della popolazione microbica
Gruppi batterici nel suolo (autoctoni o alloctoni)
48% Proteobatteri
(Rhizobium, Pseudomonas,
Agrobacterium, batteri
metilotrofi e nitrificanti)
20% Firmicutes (Gram positivi
sporigeni, Bacillus, e non
sporigeni, Artrobacter)
18% Attinomiceti
Streptomyces, Nocardia,
Actinomyces
Altri microrganismi: funghi (Aspergillus, Penicillum), alghe
e protozoi.
Comunità microbica sulle
radici di una pianta in un suolo
(fotomicrografia a fluorescenza)
Batteri a forma
di bastoncino
Spore di
attinomiceti
Ife fungine
Microrganismi su particelle di suolo
(microscopia elettronica a scansione)
HABITAT MICROBICI:microrganismi nei sistemi acquatici
Ambiente
acquatico
Acque
superficiali
(oceani, mari,
laghi, fiumi, lagune
ecc.)
Acque
sotterranee
Acque dolci
Acque marine
Fattori che influenzano l’attività batterica
Acque dolci
in laghi stagni e paludi (habitat lentici)
- Temperatura: dipende dalla profondità ed è causa di
stratificazioni e rimescolamenti del bacino
- Quantità di luce:
zona litoranea (elevata attività fotosintetica)
zona limnetica (ricca di fitoplancton)
zona profonda (afotica)
- Concentrazione di ossigeno: influenzata da processi di
stratificazione e rimescolamento (zone ossiche e anossiche)
- Concentrazione di nutrienti: influenzata dall’attività
microbica, dal rimescolamento, dagli scambi con l’ambiente
circostante (laghi eutrofici e oligotrofici)
- pH
- Salinità
Stratificazione e rimescolamento di un ambiente lacustre
(zona temperata dell’emisfero settentrionale)
5-8 m
Popolazioni microbiche nei bacini di acqua dolce
Interfaccia atmosfera/idrosfera (1-10 mm): il “neuston”
- batteri (Pseudomonas,Flavobacterium, Micrococcus, ecc)
- funghi filamentosi (Cladosporium)
- alghe (Navicula, Nautococcus, ecc)
Colonna d’acqua:
- fitoplancton: cianobatteri e alghe eucariotiche planctoniche
(Chlorella, Chlamidomonas, Volvox, ecc)
- solfobatteri verdi e rossi (Chlorobiacee, Chromatiacee)
- microrganismi eterotrofi
- batteri chemioautotrofi solfuro ossidanti (Beggiatoa, Thiotrix)
- batteri metanotrofi aerobi o anaerobi
- funghi, virus e protozoi
Distribuzione dei principali gruppi batterici in un lago stratificato
eterotrofi
Fioriture sulla superficie dei laghi
Epatotossina prodotta da cianobatteri
Cianobatteri: Microcystis, Oscillatoria, Nostoc, Nodularia ecc
Produttori di neurotossine e epatotossine
Caratteristiche dei fiumi (habitat lotici) che
influenzano la colonizzazione microbica
Acque dolci
- Tratto iniziale: - flusso veloce
- molto ossigenato
- temperature basse
- ombreggiato
- Tratto medio: - flusso moderato
- temperature aumentano
- irraggiamento solare aumenta
- incremento di nutrienti organici e inorganici
- Tratto finale: - allargamento del letto
- formazione di anse
- favorito il deposito di sabbia e limo
- influenzato dalle maree
Effetto dell’immissione di acque
non depurate in un fiume
BOD: domanda biologica di ossigeno
-fornisce una stima della quantità di materiale organico
presente nell’acqua che può essere ossidata dai
microrganismi-
Lago eutrofico
HABITAT MICROBICI: ambienti marini
Fattori chimico-fisici e
distribuzione dei batteri
Salinità: 34 - 35,8 parti per mille
pH: 8,3 - 8,5
Popolazioni microbiche negli ambienti marini
Interfaccia atmosfera/idrosfera (1-30 mm): il “pleuston”
- ricco di substrati organici (lipidi, idrocarburi)
- prevalenza di eterotrofi (Pseudomonas, Erytrobacter,
Roseobacter, ecc)
Colonna d’acqua:
- fitoplancton: cianobatteri e alghe eucariotiche unicellulari
(Ostreococcus, Trichodesmium, alghe flagellate, diatomee)
- generalmente scarsa produttività (103 – 104 microrganismi/ml)
- scarsamente coltivabili (0,001 – 0,1%)
- prevalenza di Gram-negativi, mobili, aerobi o anaerobi
facoltativi (Pseudomonas, Vibrio, Flavobacterium)
- pochi Gram-positivi (Staphilococcus e Micrococcus)
HABITAT MICROBICI: ambienti marini
I produttori primari negli ambienti marini
Ostreococcus, eucariota
(m/o)
Prochlorococcus,
cianobatterio
(FISH)
Trichodesmium,
Cianobatterio azoto-fissatore
(mari tropicali e subtropicali)
Distribuzione Archea/Bacteria
Gli abissi marini
Fattori che influenzano l’attività batterica
negli abissi marini:
bassa temperatura (2-3 °C costanti; m. psicrofili)
basse concentrazioni di nutrienti
elevata pressione (1 atm/10 m profondità)
Barofili, barotolleranti e barofili estremi
Adattamenti molecolari alle pressioni elevate:
Aumento della % di acidi grassi insaturi nella
membrana citoplasmatica
Variazione conformazionale degli enzimi tale da
minimizzare gli effetti della pressione
Variazione della composizione proteica della
membrana esterna
Regolazione dell’espressione genica mediante regolatori
trascrizionali pressione-dipendenti
Bocche idrotermali sottomarine
I microrganismi delle bocche idrotermali:
CHEMIOLITOTROFI
anellidi
Ingrandimento del trofosoma
bivalvi
Invertebrati delle bocche idrotermali
L’unione fa la forza!!!
Associazioni simbiotiche delle bocche idrotermali
Solfobatteri chemiolitotrofi
associati al trofosoma di anellidi
