Archivo para mayo 14th, 2012


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 especiales pues estos animales carecen de las enzinas necesarias para digerir la celulosa.

El rumen tiene un tamaño relativamente grande: 100 – 150 litros en una vaca, 6 litros en una oveja. Se encuentra a una temperatura y una acidez constantes (39°C, pH 6.5). La naturaleza anóxica del rumen es un factor significativo para su funcionamiento. El estudio de la actividad microbiana en el mismo permite comprender el funcionamiento de los artefactos metanogénicos.

El material vegetal llega al rumen, o panza, mezclado con la saliva que contiene bicarbonato, y allí es sometido a un movimiento rotatorio durante el cual tiene lugar la fermentación microbiana. Esta acción peristáltica produce la suspensión del material celulósico lo que facilita la adherencia microbiana.

El alimento permanece en el rumen de nueve a doce horas. El fluido ruminal contiene gran cantidad de células microbianas, entre 10^10 y 10^11 bacterías por mL. Las bacterias y los hongos celulolíticos actuán produciendo el disacárido celobiosa y las unidades de glucosa. La glucosa liberada experimenta una fermentación bacteriana en la que se forman 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. Desde allí van a los tejidos donde son utilizados como la principal fuente de energía. Además los microorganismos del rumen sintetizan aminoácidos y vitaminas escenciales para el animal.

La masa de alimento pasa gradualmente a la redecilla donde se forman unas porciones llamadas rumias que regresan a la boca y son masticadas otra vez. Cuando esta masa sólida queda bien fragmentada, es engullida de nuevo, pero esta vez el material pasa directamente al libro y termina en el cuajar, que es un órgano más bien parecido al estómago pues las condiciones son ácidas, donde se inicia un proceso digestivo similar al de los otros animales no rumiantes que continúa en el intestino. Muchas de las células microbianas formadas en el rumen son digeridas y constituyen la principal fuente de proteínas y vitaminas del animal, dado que la hierba es un alimento deficiente en proteínas.

Las reacciones químicas que ocurren en el rumen requieren la actividad combinada de una variedad de microorganismos entre los que predominan las bacterias anerobias estrictas, dado que el potencial de reducción es de -0.4 voltios. La concentración de O2 a ese potencial es 10^(-22) M.

Fibrobacter succionogenes y Ruminococcus albus son las bacterias celulolíticas más abundantes del rumen, y también degradan xilano. Fibrobacter posee una celulasa periplásmica y permanece adherido a la ibrilla de celulosa mientras la digiere. Ruminococcus produce una celulasa que es secretada al rumen. Las bacterias Ruminobacter amylophilus y Succinomonas amylolytica que hidrolizan al almidón se encuentran en minoría, así como Lachnospira multiparus que digiere pectinas. Los productos de fermentación de estas y otras bacterias son utililizados por otros microorganismos. El succinato se convierte en propionato y CO2, y el lactato es transformado en acetato y otros ácidos por Megasphera y Selenomonas.

El H2 producido en el rumen durante los procesos fermentativos nunca se acumulan, ya que es utilizado rápidamente por los metanógenos (Methanobrevibacter ruminantium, Methanomicrobium mobile) para reducir CO2 a CH4. Otra fuente de H2 y CO2 para los metanógenos es el formiato. La composición media de los gases acumulados en el rumen es aproximadamente 65% CO2 y 35% CH4, y se expulsan al exterior por los eructos del animal. El acetato no llega a convertirse en metano dentro del rumen debido a que el tiempo de retención es demasiado corto para que puedan desarrollarse los metanógenos acetotróficos. Además las bacterias sintróficas degradadoras de ácidos grasos no abundan en el rumen dado que el tiempo de retención es corto y estos ácidos atraviesan la pared hacia la sangre del rumiante.

El contenido ruminal posee aproximadamente 10^6 protozoos por mL, principalmente ciliados. Muchos son anaerobios obligados, una característica poco frecuente entre los organismos eucarióticos. Los protozoos comen bacterias y ejercen algún control sobre densidad de las mismas en el rumen. También hay hongos anaeróbicos que alternan una forma flagelada y otra inmóvil. Degradan celulosa, hemicelulosas, pectinas y parcialmente lignina que es el compuesto que refuerza las paredes celulares de las plantas leñosas.

Unas de las características principales del rumen es su constancia en distintas partes del mundo, en proporciones que varían según el tipo de alimentación. El cambio brusco de pastura a cereales conduce a un desiquilibrio en la composición microbiana que causa enfermedad o aún la muerte del animal, por el crecimiento explosivo de Streptococcus bovis que hidroliza almidón produciendo abundante ácido láctico y acidificando el rumen. Esta acidosis causa la eliminación de la microbiota normal.

 

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Como la mayoría de las organismos clorofílicos, las microalgas poseen la facultad de llevar a cabo el proceso de la fotosíntesis utilizando agua como donador de electrones. Las microalgas presentan gran diversidad de tamaños, formas y estructuras, caracterizándose sus representantes más primitivos, las cianobacterias, por ser procariotas.

Por lo que se refiere a la conversión de la energía luminosa en energía química almacenada, las microalgas constituyen organismos fotosintéticos extraordinariamente eficientes, que alcanzan rendimientos de hasta el 5% y productividades de biomasa de 50 a 200 toneladas (peso seco) por hectárea y año, valores no sólo notablemente superiores a los de los otros cultivos agrícolas convencionales sino de los más elevados que se conocen.

En general, las microalgas se desarrollan naturalmente en medios acuáticos, tanto de agua dulces como saladas, por lo que su cultivo no compite, en principio, con la mayoría de los cultivos agrícolas convencionales. Las microalgas pueden cubrir total o permanentemente las superficies de las zonas destinadas a su cultivo, ya que, en las áreas donde no se presentan cambios climáticos drásticos, su crecimiento puede mantenerse a lo largo de todo el año, habiendo además cepas que pueden tolerar condiciones ambientales adversas para la mayoría de los organismos.

Entre los diversos grupos de microalgas utilizables se destacan especialmente las cianobacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico, ya que, en contraste con el resto de organismos fotosintéticos, no requieren compuestos nitrogenados para su desarrollo. Muchas cianobacterias filamentosas están provistas de heterocistos que pueden utilizar el N2 presente en el aire para síntesis de su material celular.

Las posibilidades del empreo de las microalgas son muy diversas. La biomasa de las algas se puede emplear con fines energéticas, en cuyo caso la digestión anaeróbica para la producción de biogás con alto contenido de metano parece ser el proceso más adecuado, debido a que permite la utilización de materiales con alto contenido de agua.

Otra posibilidad para el aprovechamiento de la biomasa de algas es su utilización como materia prima para la extracción de compuestos, dado que en el interior de las mismas se puede almacenar cantidades considerables de algunas substancias de especial interés, por ejemplo, el alga verde Botryococcus braunii, cuyo contenido en hidrocarburos ligeros representa hasta el 75% del peso seco del organismo. También en estos casos, una vez extraído el compuesto de interés, el resto de la biomasa puede utilizarse para otros propósitos, tal como la producción de metano por digestión anaeróbica.