Este documento describe varios ciclos biogeoquímicos importantes, incluidos los ciclos del carbono, nitrógeno, manganeso, mercurio, hierro y el papel de los rumiantes en el ciclo del carbono. Explica cómo los organismos fotosintéticos fijan el carbono y cómo este es descompuesto y reciclado a través de la respiración y la actividad de descomponedores. También describe los principales reservorios de carbono en la Tierra y la importancia de la fotosíntesis en el cic

1. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

2. INTRODUCCIÓN
 Los seres vivos son sistemas “abiertos”, esto quiere decir que hay
un intercambio continuo de materia y energía. Este intercambio es
el que permite el mantenimiento de la actividad vital. El recambio
material y energético entre el ser vivo y el medio ambiente
constituye la nutrición.
 Una característica importante de las células es su capacidad para
llevar a cabo reacciones química.-, y organizar sus moléculas para
formar estructuras especí-ficas. La expresión final de corta
organización es el creci-miento (replicación). Antes de que una
célula se divida, de-ben ocurrir muchas reacciones químicas en la
célula; estas mociones se denominan metabolismo. Las reacciones
metabólicas o bien liberan energía, llamadas reacciones
cata-bólicas, o bien consumen energía, llamadas reacciones
ana-bólicas. En las células ocurren varios, tipos de reacciones
catabólicas y anabólicas; en este capítulo y siguientes
exa-minaremos algunas de las más importantes

3. CICLO DEL CARBONO
 Elcarbono circula por todos los reservorios
de la Tierra que lo contienen: la
atmósfera, el medio terrestre, los mares y
otros ambientes acuáticos, sedimentos y
rocas, y en la biomasa.

4. RESERVORIOS DE CARBONO
 El mayor reservorio de carbono lo constituyen las
rocas y sedimentos de la corteza; el tiempo de
reciclado es muy grande.
 Una gran cantidad de carbono orgánico se
encuentra en las plantas terrestres; constituye el
principal lugar de fijación fotosintética de CO2.
 Sin embargo, la materia orgánica muerta, llamada
humus, contiene mayor cantidad de carbono que
los seres vivos.

5. TABLA Principales reservorios de carbono en la Tierra
Reservorio Carbono Porcentaje del
(gigatoneladas) carbono total en la
Tierra
Océanos 38 x 103 (>95% es C 0.05
inorgánico)
Rocas y sedimentos 75 x 106 (>80% es C >99.5
inorgánico)
Biósfera terrestre 2 x 103 0.003
Biósfera acuática 1–2 0.000002
Combustibles fósiles 4.2 x 103 0.006
Hidratos de metano 104 0.014

6. IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS EN EL CICLO
DEL CARBONO
 La única vía importante de producción de carbono orgánico
nuevo en nuestro planeta procede de la fotosíntesis y de la
quimiosíntesis .
 Los organismos fototróficos se encuentran en la base del ciclo
del carbono.
 La ecuación global de la fotosíntesis oxigénica es:
CO2 + H2O (CH2O) + O2
luz
 . La ecuación general de la respiración es la inversa de la
anterior:
(CH2O) + O2 CO2 + H2O
Luz u oscuridad

7. Ciclo del carbono: el ciclo del carbono y el ciclo del
oxígeno están estrechamente relacionados.

8. DESCOMPOSICIÓN
 El carbono fijado fotosintéticamente es degradado
finalmente por varios organismos.
 En la degradación, se observan dos estados
principales de oxidación del carbono: metano (CH4)
y dióxido de carbono (CO2).
 El CH4 se produce por la actividad de los
metanógenos y el CO2 por diversos
quimioorganotrofos mediante fermentación, por
respiración anaeróbica o por respiración aeróbica.

9. Ciclo de oxidación-reducción del carbono.

10. CICLO DEL CARBONO EN ANIMALES
RUMIANTES
 Los rumiantes son mamíferos herbívoros que
poseen un órgano especial, el rumen, en cuyo
interior se lleva a cabo la digestión de la celulosa y
de otros polisacáridos vegetales mediante la
actividad de poblaciones microbianas.
 Algunos de los animales domésticos más
importantes, como las vacas, las ovejas y las
cabras, son rumiantes.

11. ANATOMÍA Y ACTIVIDAD DEL RUMEN
 La mayor parte de la materia orgánica de las plantas
terrestres se encuentra en forma de polisacáridos
insolubles, siendo la celulosa el más importante de ellos.
 El rumen, posee algunas características singulares, como
su tamaño relativamente grande (100 – 150 litros en una
vaca, 6 litros en una oveja) y su posición en el tubo
digestivo, ya que es el órgano donde va el alimento
ingerido antes de llegar al estómago, que es ácido.
 Una temperatura elevada constante (39ºC), un pH
constante (6.5) y la naturaleza anóxica del rumen son
también factores significativos para su funcionamiento
general.

12. Diagrama del rumen y del sistema gastrointestinal de una
vaca.

13. Foto de una vaca Holstein fistulada.

14. FERMENTACIÓN MICROBIANA EN EL RUMEN
 El alimento permanece en el rumen de nueve a doce horas.
Durante este tiempo las bacterias y los protozoos
celulolíticos hidrolizan la celulosa, obteniéndose el
disacárido celobiosa y unidades de glucosa libre.
 Se produce ácidos grasos volátiles, principalmente
acético, propiónico y butírico, y los gases dióxido de
carbono y metano.
 Los ácidos grasos atraviesan la pared del rumen y pasan a
la sangre.

15. LAS BACTERIAS DEL RUMEN
 Diferentes bacterias del rumen hidrolizan polímeros, como la
celulosa, convirtiéndolos en azúcares, de los cuales, por
fermentación, se producen ácidos grasos.
 Fibrobacter succinogenes y Ruminococcus albus son los anaerobios
celulolíticos más abundantes en el rumen.
 Ruminobacter amylophilus o Succinomonas amylolytica, bacterias
digestoras de almidón.
 Lachnospira multiparus, digestora de pectina.
 Schwartzia, el succinato se convierte en propionato y CO2.
 Selenomonas y Megasphaera, el lactato es fermentado a acético y a
otros ácidos .

16. DINÁMICA DEL ECOSISTEMA DEL RUMEN
 Una de las características principales del rumen es su
constancia.
 Estudios realizados en diferentes especies de rumiantes
en distintas partes del mundo demuestran que la
microbiota comensal es básicamente la misma.
 De vez en cuando, se producen cambios en la
composición microbiana del rumen que pueden causar
enfermedades, o incluso, la muerte del animal.

17. Reacciones bioquímicas en el rumen.

18. CICLO DEL NITROGENO

19. BATERIAS QUE PARTICIPAN EN EL
CICLO DE NITROGENO

20. CICLO DEL
MANGANESO

21. CICLO DEL MERCURIO

22. CICLO EL HIERRO
 El hierro es uno de los elementos más abundantes de
la corteza terrestre.
 En la superficie de la Tierra, el hierro se presenta en
dos estados de oxidación, ferroso (Fe2+) y férrico (Fe3+).
 El Fe0 es producido de la actividad humana en la
mezcla de menas de hierro ferroso o férrico para
obtener hierro fundido.

23. REDUCCIÓN BACTERIANA DEL HIERRO
 La reducción férrica del hierro es muy corriente en suelos
encharcados, en tuberías y en sedimentos anóxicos de lagos.
 Cuando estas aguas cargadas de hierro alcanzan las zonas
óxicas, el hierro ferroso se oxida químicamente o por las
bacterias del hierro y se producen compuestos férricos, que
precipitan formando un depósito marrón.
 La reacción global es como sigue:
Fe2+ + 1/4O2 + 2 1/2H2O Fe(OH)3 + 2H+
 El precipitado de hierro férrico interacciona con otras sustancias
no biológicas, como el humus reduciendo Fe3+ a Fe2+ .

24. Oxidación de hierro ferroso en función del pH y de la
presencia de Thiobacillus ferrooxidans.

25. HIERRO FÉRRICO Y OXIDACIÓN DE PIRITA A PH
ÁCIDO
 En medios no ácidos, el Fe2+ es oxidado por las bacterias
del hierro, como Gallionella y Leptothrix.
 Sin embargo, a pH bajo, donde el Fe2+ es estable, es
cuando la miolitotrofo acidófilos relacionados oxidan Fe2+ a
Fe3+ a pH extremadamente bajos.
 Thiobacillus ferrooxidans y Leptospirillum ferrooxidans
viven en ambientes en los que el ácido sulfúrico es el ácido
dominante y donde, además, hay gran cantidad de sulfato.
A 20–30 ºC y pH moderadamente ácido (2–4), parece que
T. ferrooxidans es el organismo dominante, mientras que a
estas condiciones, el hierro férrico no precipita como
hidróxido, sino formando un sulfato mineral complejo
llamado jarosita [HFe3(SO4)2(OH)6].

26.  Una de las formas más corrientes de hierro y azufre en
la naturaleza es la pirita, que tiene como fórmula general
FeS2
 La oxidación bacteriana de la pirita tiene gran
importancia para la aparición de las condiciones de
acidez en las actividades mineras, tiene considerable
importancia en el proceso llamado lixiviado microbiano
de minerales.

27. Ciclo de óxido – reducción del hierro.