In che modo i batteri fanno parte del riciclaggio e della biodegradazione?

I batteri consumano materia organica e altri composti e li riciclano in sostanze che possono essere utilizzate da altri organismi. I batteri possono vivere ovunque ci sia acqua. Sono più numerosi, possono riprodursi più velocemente e possono sopravvivere a condizioni più difficili di qualsiasi altro organismo sulla Terra. La loro enorme biomassa, versatilità e capacità di riciclare gli elementi chimici li rendono una componente importante degli ecosistemi. Ciò è particolarmente vero in ambienti estremi, dove i batteri svolgono il lavoro normalmente svolto da una serie di organismi.

I batteri chemioeterotrofi ricavano il carbonio e l'energia di cui hanno bisogno per sopravvivere dalla materia organica. Questi batteri sono decompositori, digeriscono il cibo rilasciando enzimi nell'ambiente che li circonda. Gli enzimi scompongono la materia organica in composti semplici, come glucosio e amminoacidi, che possono essere assorbiti dai batteri. Poiché la digestione avviene al di fuori della cellula batterica, è nota come digestione extracellulare. Altri batteri, chiamati chemioautotrofi, ottengono la loro energia da sostanze chimiche inorganiche e il loro carbonio dall'anidride carbonica o da un composto correlato. I fotoautotrofi ottengono energia dalla luce. Questi batteri non decompongono la materia organica ma sono importanti per il ciclo dei nutrienti.

I batteri sono una componente chiave dei cicli del carbonio e dell'azoto. Come le piante, i fotoautotrofi e i chemioautotrofi prendono l'anidride carbonica dall'aria e la convertono in carbonio cellulare. Ciò significa che il carbonio viene fissato, o sequestrato, nei batteri. I chemoeterotrofi svolgono un ruolo opposto nel ciclo del carbonio, rilasciando anidride carbonica nell'ambiente quando decompongono la materia organica. I batteri che fissano l'azoto, come i cianobatteri, incorporano l'azoto dall'ambiente negli amminoacidi e altro materiale cellulare. Alcuni fissatori di azoto formano relazioni simbiotiche con le piante, fornendo loro azoto e ricevendo in cambio carbonio. I chemioeterotrofi svolgono un ruolo vitale nel ciclo dell'azoto perché la digestione extracellulare della materia organica rilascia azoto solubile nell'ambiente, dove può essere assorbito dalle piante e dagli azotofissatori batteri.

I microbi sono meglio attrezzati per abbattere la materia vegetale dura rispetto ad altri tipi di decompositori. I batteri formano colonie, note come biofilm, con altre specie batteriche, funghi e alghe. Vivere in un biofilm fornisce protezione e consente la condivisione di nutrienti e materiale genetico. I biofilm avviano il processo di decomposizione in molti ecosistemi. Nei corsi d'acqua e nei laghi, molti invertebrati d'acqua dolce non possono utilizzare le foglie finché non sono state “condizionate” dal biofilm. Il condizionamento microbico ammorbidisce le foglie abbattendo composti chimici complessi, come lignina e cellulosa. Questo rende le foglie più facili da digerire per gli invertebrati. I biofilm forniscono lo stesso tipo di servizio negli ecosistemi terrestri.

La maggior parte degli organismi richiede ossigeno per sopravvivere, ma l'ossigeno non è sempre disponibile nell'ambiente. Gli ambienti privi di ossigeno sono noti come anaerobici. Gli ambienti che possono essere anaerobici includono il fondo dell'oceano, lo strato di lettiera fogliare sui pavimenti delle foreste e il suolo. Gli ambienti anaerobici possono essere causati quando l'ossigeno non può muoversi attraverso il materiale, ad esempio in un terreno densamente compattato, o quando i microbi consumano ossigeno più velocemente di quanto possa essere sostituito. Fortunatamente, la decomposizione e il ciclo dei nutrienti possono continuare in assenza di ossigeno. Molti microbi sono in grado di scambiare l'ossigeno con altre sostanze, come gli ioni nitrato e solfato. Alcuni gruppi come i metanogeni, che producono metano, non possono tollerare affatto l'ossigeno.