Los ecosistemas de cuevas albergan comunidades microbianas únicas que desempeñan papeles cruciales en los ciclos biogeoquímicos y la reconstrucción del paleoclima. Estas comunidades están moldeadas por factores como la composición mineral, la disponibilidad de agua y las fuentes de energía, lo que lleva a diversas capacidades metabólicas. El estudio de la vida microbiana de las cuevas, a menudo preservada en sedimentos y espeleotemas, proporciona información sobre las condiciones ambientales pasadas y la adaptación de la vida en entornos extremos. Los avances en técnicas moleculares, como la metagenómica y los métodos dependientes del cultivo, han ampliado significativamente nuestra comprensión de la diversidad y la función microbiana de las cuevas, revelando su importancia en procesos como la descomposición de la materia orgánica, el ciclo de nutrientes e incluso la formación de las propias estructuras de las cuevas.
Los sedimentos de cuevas representan un valioso archivo de las condiciones ambientales pasadas, ofreciendo información sobre el cambio climático, los ciclos biogeoquímicos y la dinámica de las comunidades microbianas a lo largo de escalas de tiempo extendidas (White, 2007). La composición de estos sedimentos, incluyendo la mineralogía, el contenido de materia orgánica y la vida microbiana preservada, refleja las condiciones prevalecientes en el momento de la deposición. En consecuencia, el análisis de los sedimentos de cuevas proporciona una oportunidad única para reconstruir ecosistemas pasados y comprender los efectos a largo plazo de los cambios ambientales. Las comunidades microbianas dentro de los sistemas de cuevas son particularmente sensibles a los cambios en la temperatura, la humedad, la disponibilidad de nutrientes y las fuentes de energía, lo que las convierte en excelentes bioindicadores de la variabilidad ambiental.
La diversidad de la vida microbiana en las cuevas es notablemente alta, abarcando una amplia gama de adaptaciones fisiológicas a los desafíos únicos del entorno subterráneo (Zada et al., 2021). Estas adaptaciones incluyen la quimiolitotrofía, donde los microorganismos obtienen energía de compuestos inorgánicos, y la capacidad de sobrevivir en condiciones con pocos nutrientes. Los estudios han revelado diversas comunidades bacterianas en cuevas, incluyendo aquellas involucradas en el ciclo del nitrógeno (Zhang et al., 2021), la oxidación del azufre (Zavarzina et al., 2020) y la descomposición de la materia orgánica (Yarwood, 2018). Además, la presencia de grupos microbianos específicos puede indicar la influencia de aportes alóctonos, como el agua superficial y los aerosoles atmosféricos (Yun et al., 2016). El potencial metabólico de estas comunidades, revelado por análisis genómicos, destaca su papel en la configuración de la biogeoquímica de las cuevas (Zhu et al., 2021).
El ciclo del nitrógeno es un proceso crítico en los ecosistemas de cuevas, que influye en la disponibilidad de nutrientes esenciales para el crecimiento microbiano y la producción primaria (Zhang et al., 2021). Se han identificado comunidades bacterianas involucradas en la amonificación, la nitrificación y la desnitrificación en los sedimentos de cuevas, lo que demuestra la funcionalidad completa del ciclo del nitrógeno. Los microbiomas asimiladores de amonio halófilos, por ejemplo, ofrecen una nueva estrategia para el tratamiento de aguas residuales salinas, lo que destaca las posibles aplicaciones biotecnológicas de los microorganismos de las cuevas (Zhang et al., 2021). La abundancia y la actividad de estas bacterias que ciclan el nitrógeno a menudo están correlacionadas con el aporte de materia orgánica y la disponibilidad de aceptores de electrones, como el nitrato y el sulfato.
La oxidación y reducción del azufre también son procesos biogeoquímicos importantes en los sistemas de cuevas, impulsados por bacterias quimiolitotróficas (Zavarzina et al., 2020). Estos procesos influyen en la solubilidad de los minerales, la formación de espeleotemas y la disponibilidad de azufre para el metabolismo microbiano. El crecimiento sintrófico de anaerobios alcalófilos, controlado por la transformación de minerales férricos y ferrosos acoplada a la acetogénesis, demuestra las complejas interacciones entre las comunidades microbianas y los sustratos minerales (Zavarzina et al., 2020). La presencia de bacterias oxidantes del azufre a menudo se asocia con la presencia de sulfuro de hidrógeno, que puede derivarse de la descomposición de la materia orgánica o la reducción del sulfato.
La descomposición de la materia orgánica es un proceso fundamental en los ecosistemas de cuevas, que proporciona energía y nutrientes para el crecimiento microbiano (Yarwood, 2018). Los microorganismos de humedales desempeñan un papel crucial en la descomposición de la hojarasca vegetal y la formación de materia orgánica del suelo, y ocurren procesos similares en los entornos de cuevas (Yarwood, 2018). Se han identificado comunidades bacterianas involucradas en la descomposición de celulosa, lignina y otros compuestos orgánicos complejos en los sedimentos de cuevas. La tasa de descomposición a menudo está limitada por la disponibilidad de oxígeno y nutrientes, así como por la composición de la materia orgánica.
La influencia de los aportes alóctonos en las comunidades microbianas de las cuevas es significativa, lo que moldea su diversidad y potencial metabólico (Yun et al., 2016). El agua superficial, los aerosoles atmosféricos y la intrusión de raíces pueden introducir materia orgánica, nutrientes y microorganismos del entorno terrestre circundante. Los estudios han revelado correlaciones entre la composición de las comunidades microbianas en el agua de goteo de las cuevas y las variaciones estacionales en las precipitaciones y la cobertura vegetal (Yun et al., 2016). El análisis del ADN microbiano en los sedimentos de cuevas puede proporcionar información sobre la fuente y el transporte de los aportes alóctonos.
El análisis de las comunidades microbianas dentro de los espeleotemas, los depósitos minerales formados por el agua de goteo, proporciona una ventana única a las condiciones climáticas pasadas (Zepeda Mendoza et al., 2016). El análisis metagenómico del interior de un espeleotema en la cueva Tjuv-Ante, en el norte de Suecia, reveló diversas comunidades bacterianas involucradas en el ciclo del azufre y la fijación de carbono (Zepeda Mendoza et al., 2016). La composición de estas comunidades puede reflejar la temperatura, la humedad y la química del agua en el momento de la formación del espeleotema.
La diversidad de la vida microbiana en las cuevas a menudo está influenciada por las características geoquímicas del entorno (Zada et al., 2021). Diferentes cuevas exhiben mineralogías, niveles de pH y condiciones redox distintos, lo que moldea la composición de sus comunidades microbianas. Los estudios han revelado correlaciones entre la abundancia de grupos microbianos específicos y la presencia de ciertos minerales, como el yeso y la calcita (Zada et al., 2021). El análisis del ADN microbiano en los sedimentos de cuevas puede proporcionar información sobre los factores geoquímicos que influyen en la diversidad microbiana.
La aplicación de técnicas genómicas, como la metagenómica y el ensamblaje del genoma, ha revolucionado nuestra comprensión de las comunidades microbianas de las cuevas (Zhu et al., 2021). Estas técnicas nos permiten identificar el potencial metabólico de los microorganismos incultivables, revelando su papel en la configuración de la biogeoquímica de las cuevas (Zhu et al., 2021). El cultivo intensivo de bacterias y el ensamblaje del genoma a partir de un sistema de cuevas kársticas reveló diversas comunidades bacterianas involucradas en la fijación de carbono, el ciclo del nitrógeno y la oxidación del azufre (Zhu et al., 2021).
La reconstrucción paleoclimática utilizando comunidades microbianas de cuevas se basa en la identificación de biomarcadores y el análisis del ADN microbiano (Yun et al., 2016). La composición de las comunidades microbianas en el agua de goteo de las cuevas puede reflejar las variaciones estacionales en las precipitaciones y la cobertura vegetal, proporcionando información sobre las condiciones climáticas pasadas (Yun et al., 2016). El monitoreo durante cinco años de las comunidades bacterianas en el agua de goteo de la cueva Heshang en el centro de China reveló correlaciones entre la diversidad microbiana y los indicadores paleoclimáticos (Yun et al., 2016).
La diversidad de la vida microbiana en las fuentes hidrotermales de aguas profundas proporciona un modelo único para comprender la adaptación microbiana a entornos extremos (Zeng et al., 2021). Los microorganismos de estas fuentes exhiben diversas vías metabólicas, incluida la quimiolitotrofía y la capacidad de sobrevivir en condiciones de alta presión y alta temperatura (Zeng et al., 2021). El estudio de estos microorganismos puede proporcionar información sobre la evolución de la vida en la Tierra y el potencial de vida en otros planetas.
El papel de las bacterias simbióticas en los ecosistemas de cuevas a menudo se pasa por alto, pero puede ser significativo (Zhao et al., 2024). La especificidad ambiental de los hábitats de cuevas kársticas se evidencia por diversas bacterias simbióticas en Opiliones, lo que demuestra la importancia de las interacciones huésped-microbio (Zhao et al., 2024). El análisis de las comunidades bacterianas asociadas con los invertebrados de las cuevas puede proporcionar información sobre las funciones ecológicas de estos organismos.
El uso del índice de diversidad de Simpson, una medida de la biodiversidad, se puede aplicar para analizar la diversidad de las comunidades microbianas en los sedimentos de cuevas (Zhou et al., 2020). La diversificación de los resultados de búsqueda multi-aspecto utilizando el índice de diversidad de Simpson demuestra la utilidad de este índice para analizar conjuntos de datos complejos (Zhou et al., 2020). La aplicación de este índice puede proporcionar información sobre la estabilidad ecológica y la resiliencia de los ecosistemas de cuevas.
El análisis de las comunidades microbianas dentro de los sistemas de cuevas kársticas revela un diverso potencial metabólico, incluida la fijación de carbono, el ciclo del nitrógeno y la oxidación del azufre (Zhu et al., 2019). Las bacterias y el potencial metabólico en las cuevas kársticas revelados por el cultivo intensivo de bacterias y el ensamblaje del genoma demuestran la complejidad de estos ecosistemas (Zhu et al., 2019). La composición de estas comunidades puede reflejar las condiciones geológicas e hidrológicas del paisaje circundante.
La diversidad de la vida microbiana en las cuevas a menudo está influenciada por la presencia de minerales específicos, como el yeso y la calcita (Zada et al., 2021). El análisis del ADN microbiano en los sedimentos de cuevas puede proporcionar información sobre los factores geoquímicos que influyen en la diversidad microbiana.
Esta compilación de investigaciones destaca el papel omnipresente de las comunidades microbianas en diversos entornos, particularmente en los sistemas de cuevas kársticas, y su sensibilidad a las variaciones geoquímicas y mineralógicas. Los estudios demuestran la adaptación microbiana a condiciones extremas, su participación en ciclos biogeoquímicos cruciales (carbono, nitrógeno, azufre) y su potencial para la reconstrucción paleoambiental a través del análisis de sedimentos. Los enfoques metagenómicos y basados en el cultivo revelan diversa capacidad metabólica y relaciones simbióticas. Comprender estos ecosistemas microbianos es vital para abordar los desafíos ambientales y desbloquear información sobre la historia de la Tierra. Es crucial una investigación interdisciplinaria adicional que integre la ecología microbiana, la geoquímica y la paleoclimatología para apreciar plenamente la compleja interacción entre la vida microbiana y los procesos planetarios.
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