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23.4: Ecología de los protistas - Biología

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23.4: Ecología de los protistas

23.4: Ecología de los protistas - Biología

Al final de esta sección, habrá completado los siguientes objetivos:

  • Describe el papel que juegan los protistas en el ecosistema.
  • Describir importantes especies patógenas de protistas.

Los protistas funcionan en varios nichos ecológicos. Mientras que algunas especies protistas son componentes esenciales de la cadena alimentaria y generadoras de biomasa, otras funcionan en la descomposición de materiales orgánicos. Otros protistas son patógenos humanos peligrosos o agentes causantes de enfermedades devastadoras de las plantas.


Patógenos humanos

Como hemos visto, un patógeno es cualquier cosa que cause una enfermedad. Los organismos parásitos viven en un organismo huésped o sobre él y lo dañan. Un pequeño número de protistas son parásitos patógenos graves que deben infectar a otros organismos para sobrevivir y propagarse. Por ejemplo, los parásitos protistas incluyen los agentes causantes de la malaria, la enfermedad del sueño africana, la encefalitis amebiana y la gastroenteritis transmitida por el agua en los seres humanos. Otros patógenos protistas se aprovechan de las plantas y provocan una destrucción masiva de los cultivos alimentarios.


Tripanosomas

Trypanosoma brucei, el parásito responsable de la enfermedad del sueño africana, confunde el sistema inmunológico humano al cambiar su capa gruesa de glicoproteínas de superficie con cada ciclo infeccioso ([enlace]). Las glicoproteínas son identificadas por el sistema inmunológico como antígenos extraños y se monta una defensa de anticuerpos específica contra el parásito. Sin embargo, T. brucei tiene miles de posibles antígenos, y con cada generación subsiguiente, el protista cambia a un recubrimiento de glicoproteína con una estructura molecular diferente. De este modo, T. brucei es capaz de replicarse continuamente sin que el sistema inmunológico logre eliminar el parásito. Sin tratamiento, T. brucei ataca a los glóbulos rojos, provocando que el paciente entre en coma y finalmente muera. Durante los períodos epidémicos, la mortalidad por la enfermedad puede ser alta. Una mayor vigilancia y medidas de control conducen a una reducción de los casos notificados, algunas de las cifras más bajas notificadas en 50 años (menos de 10.000 casos en todo el África subsahariana) se han producido desde 2009.


Esta película analiza la patogenia de Trypanosoma brucei, el agente causante de la enfermedad del sueño africana.

En América Latina, otra especie, T. cruzi, es responsable de la enfermedad de Chagas. T. cruzi Las infecciones son causadas principalmente por un insecto chupador de sangre. El parásito habita en los tejidos del corazón y del sistema digestivo en la fase crónica de la infección, lo que provoca desnutrición e insuficiencia cardíaca debido a ritmos cardíacos anormales. Se estima que 10 millones de personas están infectadas con la enfermedad de Chagas y causó 10,000 muertes en 2008.



Productores primarios / fuentes de alimentos

Los protistas son fuentes esenciales de nutrición para muchos otros organismos. En algunos casos, como en el plancton, los protistas se consumen directamente. Alternativamente, los protistas fotosintéticos sirven como productores de nutrición para otros organismos. Por ejemplo, los dinoflagelados fotosintéticos llamados zooxantelas utilizan la luz solar para fijar carbono inorgánico. En esta relación simbiótica, estos protistas proporcionan nutrientes para los pólipos de coral (Figura) que los albergan, dando a los corales un impulso de energía para secretar un esqueleto de carbonato de calcio. A su vez, los corales proporcionan al protista un entorno protegido y los compuestos necesarios para la fotosíntesis. Este tipo de relación simbiótica es importante en entornos pobres en nutrientes. Sin simbiontes de dinoflagelados, los corales pierden pigmentos de algas en un proceso llamado blanqueamiento de corales y finalmente mueren. Esto explica por qué los corales formadores de arrecifes no residen en aguas a más de 20 metros de profundidad: no llega suficiente luz a esas profundidades para que los dinoflagelados realicen la fotosíntesis.

Los pólipos de coral obtienen nutrición a través de una relación simbiótica con los dinoflagelados.

Los propios protistas y sus productos de la fotosíntesis son esenciales, directa o indirectamente, para la supervivencia de organismos que van desde bacterias hasta mamíferos (Figura). Como productores primarios, los protistas alimentan a una gran proporción de las especies acuáticas del mundo. (En la tierra, las plantas terrestres sirven como productores primarios). De hecho, aproximadamente una cuarta parte de la fotosíntesis del mundo es realizada por protistas, particularmente dinoflagelados, diatomeas y algas multicelulares.

Prácticamente todos los organismos acuáticos dependen directa o indirectamente de los protistas para alimentarse. (crédito "moluscos": modificación del trabajo de Craig Stihler, crédito del USFWS "cangrejo": modificación del trabajo de David Berkowitz crédito "delfín": modificación del trabajo de Mike Baird crédito "pescado": modificación del trabajo de Tim Sheerman-Chase crédito "Pingüino": modificación del trabajo de Aaron Logan)

Los protistas no crean fuentes de alimento solo para organismos marinos. Por ejemplo, ciertas especies anaeróbicas de parabasálidos existen en el tracto digestivo de termitas y cucarachas comedoras de madera, donde contribuyen un paso esencial en la digestión de la celulosa ingerida por estos insectos al perforar la madera.


Plasmodium Especies

En 2015, la OMS notificó más de 200 millones de casos de malaria, principalmente en África, América del Sur y el sur de Asia. Sin embargo, no se sabe bien que la malaria también era una enfermedad prevalente y debilitante de la región centro norte de los Estados Unidos, particularmente Michigan, con sus miles de lagos y numerosos pantanos. Antes de la guerra civil y el drenaje de muchos pantanos, prácticamente todos los que inmigraron a Michigan contrajeron malaria (fiebre intermitente como se llamaba a fines del siglo XIX), y los rostros pálidos, cetrinosos e hinchados de ese período eran la regla. Los únicos rostros sanos los tenían los inmigrantes recién llegados. De hecho, hubo más muertes por malaria en Michigan que por la Guerra Civil.

Ahora sabemos que la malaria es causada por varias especies del género protista apicomplexan Plasmodium. Miembros de Plasmodium deben requerir secuencialmente tanto un mosquito como un vertebrado para completar su ciclo de vida. En los vertebrados, el parásito se desarrolla en las células del hígado (la etapa exoeritrocítica) y pasa a infectar los glóbulos rojos (la etapa eritrocítica), estallando y destruyendo las células sanguíneas con cada ciclo de replicación asexual (Figura). De los cuatro Plasmodium especies conocidas por infectar a los seres humanos, PAG. falciparum representa el 50 por ciento de todos los casos de malaria y es la causa principal (y más mortal) de muertes relacionadas con enfermedades en las regiones tropicales del mundo. En 2015, se estimó que la malaria causó más de 400.000 muertes, principalmente en niños africanos. Durante el curso de la malaria, PAG. falciparum puede infectar y destruir más de la mitad de las células sanguíneas circulantes de un ser humano, provocando anemia grave. En respuesta a los productos de desecho liberados cuando los parásitos brotan de las células sanguíneas infectadas, el sistema inmunológico del huésped genera una respuesta inflamatoria masiva con episodios de fiebre inductora del delirio (paroxismos) cuando los parásitos lisan los glóbulos rojos y derraman los desechos del parásito en el torrente sanguíneo. PAG. falciparum se transmite a los humanos por el mosquito africano, Anopheles gambiae. Las técnicas para matar, esterilizar o evitar la exposición a esta especie de mosquito altamente agresiva son cruciales para el control de la malaria. Irónicamente, ha surgido un tipo de control genético en partes del mundo donde la malaria es endémica. La posesión de una copia del alelo de la beta globina HbS produce resistencia a la malaria. Desafortunadamente, este alelo también tiene un segundo efecto desafortunado cuando es homocigótico que causa la anemia de células falciformes.

Parásito de la malaria. Se ha demostrado que los glóbulos rojos están infectados con PAG. falciparum, el agente causante de la malaria. En esta imagen microscópica de luz tomada con una lente de inmersión en aceite de 100 ×, la forma de anillo PAG. falciparum manchas moradas. (crédito: modificación del trabajo de Michael Zahniser, datos de barra de escala de Matt Russell)

Enlace al aprendizaje

Esta película describe la patogenia de Plasmodium falciparum, el agente causante de la malaria.


Miembros del género Plasmodium deben colonizar tanto un mosquito como un vertebrado para completar su ciclo de vida. En los vertebrados, el parásito se desarrolla en las células del hígado y luego infecta los glóbulos rojos, brotando y destruyendo los glóbulos con cada ciclo de replicación asexual (Figura). De los cuatro Plasmodium especies conocidas por infectar a los seres humanos, PAG. falciparum representa el 50 por ciento de todos los casos de malaria y es la causa principal de muertes relacionadas con enfermedades en las regiones tropicales del mundo. En 2010, se estimó que la malaria causó entre medio y un millón de muertes, principalmente en niños africanos. Durante el curso de la malaria, PAG. falciparum puede infectar y destruir más de la mitad de las células sanguíneas circulantes de un ser humano, provocando anemia grave. En respuesta a los productos de desecho liberados cuando los parásitos brotan de las células sanguíneas infectadas, el sistema inmunológico del huésped genera una respuesta inflamatoria masiva con episodios de fiebre inductora de delirio cuando los parásitos lisan los glóbulos rojos y derraman los desechos del parásito en el torrente sanguíneo. PAG. falciparum se transmite a los humanos por el mosquito africano de la malaria, Anopheles gambiae. Las técnicas para matar, esterilizar o evitar la exposición a esta especie de mosquito altamente agresiva son cruciales para el control de la malaria.

Se ha demostrado que los glóbulos rojos están infectados con PAG. falciparum, el agente causante de la malaria. En esta imagen microscópica de luz tomada con una lente de inmersión en aceite de 100 ×, la forma de anillo PAG. falciparum manchas moradas. (crédito: modificación del trabajo de Michael Zahniser, datos de barra de escala de Matt Russell)

Enlace al aprendizaje

Esta película describe la patogenia de Plasmodium falciparum, el agente causante de la malaria.


Ecología

La distribución de los protistas es mundial como grupo, estos organismos son cosmopolitas y ubicuos. Sin embargo, cada especie individual tiene nichos y microhábitats preferidos, y todos los protistas son hasta cierto punto sensibles a los cambios en su entorno. La disponibilidad de suficientes nutrientes y agua, así como la luz solar para las formas fotosintéticas, es, sin embargo, el único factor importante que restringe la colonización protista exitosa y pesada de prácticamente cualquier hábitat de la Tierra.

Las formas de vida libre son particularmente abundantes en los sistemas acuáticos naturales, como estanques, arroyos, ríos, lagos, bahías, mares y océanos. Algunas de estas formas pueden ocurrir en niveles específicos en la columna de agua, o pueden ser habitantes del fondo (bentónicos). Los hábitats más especializados, a veces creados por el hombre, también suelen estar bien poblados por protistas pigmentados y no pigmentados. Dichos sitios incluyen fuentes termales, piscinas saladas, aguas de cuevas, nieve y hielo, arenas de playa y marismas intermareales, ciénagas y marismas, piscinas y plantas de tratamiento de aguas residuales. Muchos se encuentran comúnmente en varios hábitats terrestres, como suelos, basura forestal, arenas del desierto y la corteza y las hojas de los árboles. Los quistes y las esporas pueden recuperarse de alturas considerables en la atmósfera.

Las formas fosilizadas abundan en el registro geológico. Se han encontrado fósiles de organismos unicelulares en estratos que datan de hace unos 1.900 millones de años, durante el Precámbrico. Sin embargo, muchos linajes de protistas no han dejado ningún registro de sus formas ahora extintas, lo que hace que las especulaciones sobre las primeras relaciones filogenéticas y evolutivas con otros eucariotas sean difíciles de verificar.

Los protistas simbióticos están tan extendidos como las formas de vida libre, ya que se encuentran en todas partes donde se encuentran sus huéspedes. Cientos o incluso miles de tipos de protistas viven como ectosimbiontes o episimbiontes, encontrando nichos adecuados con plantas, hongos, animales vertebrados e invertebrados, o incluso otros protistas. Rara vez se dañan los hospedadores; de hecho, estos sustratos, a menudo móviles, se utilizan en realidad como medio de dispersión.

Los endosimbiontes incluyen comensales, parásitos facultativos y parásitos obligados; la última categoría abarca formas que tienen efectos en sus huéspedes que van desde una leve molestia hasta la muerte. Los protistas protozoarios y ciertamente no fotosintéticos están implicados con mucha más frecuencia en tales asociaciones que las formas de algas. En unos pocos protistas, tanto el citoplasma como los núcleos pueden ser invadidos por otros protistas, y se han observado relaciones íntimas y mutuamente beneficiosas entre los huéspedes protistan y los simbiontes protistan, como los foraminíferos o ciliados que nutren las algas simbióticas en su citoplasma. Cuando los eucariotas superiores son hospedadores de protistas, todas las cavidades corporales y sistemas de órganos son susceptibles a la invasión, aunque las plantas terrestres tienen relativamente pocos parásitos de este tipo. En los huéspedes animales, las tres áreas principales que sirven como sitios para las especies endosimbióticas son el celoma, el tracto digestivo y sus órganos asociados, y el sistema circulatorio.

El número de individuos en poblaciones de muchos protistas alcanza cifras asombrosas. Hay, en promedio, decenas de miles de protistas en un gramo de tierra cultivable, cientos de miles en el intestino de una termita, millones en el rumen de un mamífero bovino, miles de millones en un diminuto parche de plancton flotante en el mar, y billones en el torrente sanguíneo de una persona infectada con malaria grave. Algunas enfermedades graves de los seres humanos son causadas por protistas, principalmente parásitos sanguíneos. La malaria, la tripanosomiasis (p. Ej., Enfermedad del sueño africana), la leishmaniasis, la toxoplasmosis y la disentería amebiana son aflicciones debilitantes o fatales.

Los parásitos protistas que infectan el ganado domesticado, las aves de corral, los peces de criadero y otras fuentes de alimentos similares agotan los suministros o los vuelven desagradables. Las pérdidas económicas pueden ser considerables. Ciertos dinoflagelados marinos de vida libre son los agentes causantes de los llamados brotes de marea roja que ocurren periódicamente a lo largo de las costas de todo el mundo. Una toxina liberada por los protistas en flor mata a los peces en el área afectada. Otros dinoflagelados producen una toxina que puede ser captada por ciertos mariscos (moluscos bivalvos) y que causa intoxicación por mariscos, caracterizada en casos severos por parálisis respiratoria y muerte, cuando el molusco es ingerido por humanos. Algunos de los protistas fúngicos "inferiores" han tenido efectos significativos en la historia de la humanidad. Una especie fue responsable de la gran hambruna de la papa en Irlanda de mediados del siglo XIX, y más tarde, otra casi arruinó toda la industria del vino francés antes de que se desarrollara un fungicida para destruirla.

Muchos protistas brindan beneficios a los humanos, algunos más obvios que otros. Debido a que los protistas se encuentran cerca de la parte inferior de la cadena alimentaria en la naturaleza (justo encima de las bacterias), cumplen un papel crucial en el mantenimiento de los eucariotas superiores en aguas dulces y marinas. Además de suministrar directa e indirectamente moléculas orgánicas (como azúcares) para otros organismos, los protistas de algas pigmentadas (que contienen clorofila) producen oxígeno como subproducto de la fotosíntesis. Las algas pueden suministrar hasta la mitad del oxígeno global neto. Los depósitos de gas natural y petróleo crudo se derivan de poblaciones fosilizadas de protistas de algas. Gran parte de la renovación de nutrientes y el reciclaje de minerales en los océanos y mares proviene de las actividades de los flagelados heterótrofos (no pigmentados) y los ciliados que viven allí, especies que se alimentan de las bacterias y otros productores primarios presentes en el mismo medio. Las algas marinas (por ejemplo, las algas pardas) se han utilizado durante mucho tiempo como fertilizantes.

La prueba calcárea, o caparazón, de los foraminíferos se puede conservar y constituye un componente importante de las rocas calizas. Se sabe que se han depositado conjuntos de algunos de estos protistas, que son abundantes y generalmente fáciles de reconocer, durante varios períodos específicos de la historia geológica de la Tierra. Los geólogos de la industria petrolera estudian las especies de foraminíferos presentes en muestras de núcleos perforados con el fin de determinar la edad de diferentes estratos de la corteza terrestre, posibilitando así la identificación de depósitos ricos en petróleo. Antes de los sustitutos sintéticos, la tiza de pizarra consistía principalmente en carbonato de calcio derivado de las escamas (cocolitos) de ciertos protistas de algas y de las pruebas de foraminíferos. Las diatomeas y algunas especies de ciliados son útiles como indicadores de la calidad del agua y, por tanto, de la cantidad de contaminación en los sistemas acuáticos naturales y en las plantas depuradoras de aguas residuales. Algunas especies de protozoos parásitos pueden desempeñar un papel importante como organismos de control biológico contra ciertos insectos depredadores de plantas alimenticias.


Parásitos de plantas

Los parásitos protistas de las plantas terrestres incluyen agentes que destruyen los cultivos alimentarios. El oomiceto Plasmopara viticola parasita las plantas de vid, causando una enfermedad llamada mildiú velloso (Figura). Plantas de uva infectadas con PAG. viticola parecen atrofiados y tienen hojas descoloridas y marchitas. La propagación del mildiú velloso casi colapsa la industria vinícola francesa en el siglo XIX.

Tanto el mildiú velloso como el polvoriento en esta hoja de uva son causados ​​por una infección de PAG. viticola. (crédito: modificación del trabajo por USDA)

Phytophthora infestans es un oomiceto responsable del tizón tardío de la papa, que hace que los tallos y tallos de la papa se descompongan en un limo negro (Figura). El tizón generalizado de la papa causado por PAG. infestados precipitó la conocida hambruna irlandesa de la patata en el siglo XIX que se cobró la vida de aproximadamente 1 millón de personas y provocó la emigración de al menos 1 millón más de Irlanda. El tizón tardío continúa plagando los cultivos de papa en ciertas partes de los Estados Unidos y Rusia, acabando con hasta el 70 por ciento de los cultivos cuando no se aplican pesticidas.

Estos restos poco apetitosos son el resultado de una infección con PAG. infestados, el agente causante del tizón tardío de la papa. (crédito: USDA)


Protistas como patógenos vegetales

Muchos protistas actúan como parásitos que se alimentan de plantas o como descomponedores que se alimentan de organismos muertos.

Objetivos de aprendizaje

Describir las formas en que los protistas actúan como descomponedores y las acciones de los protistas parásitos en las plantas.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • Plasmopara viticola causa mildiú velloso en las plantas de uva, lo que da como resultado un crecimiento atrofiado y hojas marchitas y descoloridas.
  • Dado que el mildiú velloso tiene una incidencia más alta a fines del verano, plantar temprano en la temporada puede reducir la amenaza del mildiú velloso, los fungicidas también son algo efectivos para prevenir el mildiú velloso.
  • Phytophthora infestans causa el tizón tardío de la papa (los tallos y los tallos de la papa se descomponen en una baba negra) y fue responsable de la hambruna de la papa en Irlanda en el siglo XIX.
  • Los saprobios protistas se alimentan de organismos muertos, que devuelven nutrientes inorgánicos al suelo y al agua.

Términos clave

  • saprobe: un organismo que vive de material orgánico muerto o en descomposición
  • oomiceto: protistas unicelulares filamentosos parecidos a hongos que el agua moldea
  • mildiú velloso: la enfermedad de las plantas causada por oomicetos causa retraso en el crecimiento de las plantas, así como hojas descoloridas y marchitas

Parásitos de plantas

Los parásitos protistas se alimentan de plantas terrestres e incluyen agentes que causan una destrucción masiva de los cultivos alimentarios. El oomiceto Plasmopara viticola parasita las plantas de uva, lo que provoca una enfermedad llamada mildiú velloso. Plantas de uva infectadas con P. viticola parecen atrofiados y tienen hojas descoloridas y marchitas. La propagación del mildiú velloso casi colapsó la industria vinícola francesa en el siglo XIX. Se controlan fácilmente una vez descubiertos, por lo que la vigilancia cuidadosa de los huéspedes susceptibles es clave porque si no se tratan, el organismo puede propagarse rápidamente y abrumar por completo a la especie huésped.

Mildiú velloso: Tanto el mildiú velloso como el polvoriento en esta hoja de parra son causados ​​por una infección de P. viticola.

Debido a que el patógeno del mildiú velloso no pasa el invierno en los campos del medio oeste, las rotaciones de cultivos y las prácticas de labranza no afectan el desarrollo de la enfermedad. El patógeno tiende a establecerse a finales del verano. Por lo tanto, la siembra de variedades tempranas puede reducir aún más la amenaza que representa el mildiú velloso. También se pueden aplicar fungicidas para controlar el mildiú velloso. Los fungicidas protectores de amplio espectro como el clorotalonil, mancozeb y el cobre fijo son algo eficaces para proteger contra la infección por mildiú velloso.

Phytophthora infestans es un oomiceto responsable del tizón tardío de la papa. Esta enfermedad hace que los tallos y los tallos de la papa se descompongan en un limo negro. El tizón generalizado de la papa causado por P. infestans condujo a la conocida hambruna irlandesa de la papa en el siglo XIX que se cobró la vida de aproximadamente un millón de personas y provocó la emigración de al menos un millón más de Irlanda. El tizón tardío continúa plagando los cultivos de papa en ciertas partes de los Estados Unidos y Rusia, acabando con hasta el 70 por ciento de los cultivos cuando no se aplican pesticidas.

Tizón tardío de la papa: Estos remanentes poco apetitosos son el resultado de una infección por P. infestans, el agente causante del tizón tardío de la papa.

Agentes de descomposición

Los saprobios protistas parecidos a hongos están especializados para absorber nutrientes de materia orgánica no viva, como organismos muertos o sus desechos. Por ejemplo, muchos tipos de oomicetos crecen en animales muertos o algas. Los protistas sapróbicos tienen la función esencial de devolver nutrientes inorgánicos al suelo y al agua. Este proceso permite el crecimiento de nuevas plantas, lo que a su vez genera sustento para otros organismos a lo largo de la cadena alimentaria. De hecho, sin las especies de saprobe, como los protistas, los hongos y las bacterias, la vida dejaría de existir cuando todo el carbono orgánico quedara & # 8220 unido & # 8221 en los organismos muertos.


Ver el vídeo: El microscopio y los protistas (Diciembre 2022).