1. LO INVISIBLE: El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas por Diana E. Northup & Penelope J. Boston Islas de Cabo Verde; Nuevo México, USA; Arizona, USA (Michael N. Spilde) Recursos Didácticos Espeleología y Karst 2008

2. Los microorganismos influyen en la formación de las cavidades, desarrollo y precipitación mineral Cueva en las Montañas de Guadalupe, Nuevo México, USA (Kenneth L. Ingham) ¿Quien vive aquí ? ¿Existe una biota subterránea autóctona? ¿Se adaptan los microorganismos a este ambiente? ¿Producen agentes antimicrobianos? ASPECTOS DE LA MICROBIOLOGÍA DE CAVIDADES El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

3. ¿QUÉ SON LOS MICROBIOS? Los microbios Son organismos microscópicos, generalmente tan pequeños que solo pueden verse bajo microscopio. Las bacterias de la imagen de la derecha tienen ~1  m de diámetro, 1/100 el grosor de un cabello. Se incluyen bacterias, archaea, hongos, algas, protozoos, y según algunas definiciones, virus. Islas de Cabo Verde (Michael N. Spilde) 2  m El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

4. Heterótrofos Microorganismos Invertebrados Vertebrados Roca Material Orgánico Inorgánicos Reducidos Autótrofos Quimiolitoautótrofos Reciclado Trófico   Reducción gases H 2 S, CO, etc. Mayor productividad de biomasa Superficie Material Orgánico Vía Agua subterránea, y entradas IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LOS MICROBIOS EN CUEVAS: Los microbios contribuyen a la cadena alimentaria El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

5. IMPORTANCIA DE SU ESTUDIO EN CUEVAS Una novedosa biodiversidad microbiana se está encontrando en las cuevas Islas de Cabo Verde, Cueva de la Lechuguilla (USA), Tubo de lava Terceira (Portugal) (Michael N. Spilde, Kenneth Ingham, & Diana Northup) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

6. IMPORTANCIA DEL ESTUDIOS DE LOS MICROBIOS EN CUEVAS: nuevos antibióticos Muchas de las bacterias en cuevas pertenecesn al phylum Actinobacteria , Las cuales producen la mayor parte de los antibióticos. Podemos encontrar nuevos antibióticos en las cuevas, tales como la bacteria de la derecha de los tubos de lava de las Azores. Bacteria de las Azores, Terceira, Portugal (Maria de Lurdes Nunes Enes Dapkevicius) Arriba: Sin producción antibiótica de una bacteria de las Azores (corte vertical). Abajo: producción antibiótica de una bacteria de las Azores. El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

7. Se puede estudiar la influencia activa de los microbios en la precipitación mineral, como en este filamento fúngico que actúa de punto de nucleación en la formación del cristal. IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LOS MICROBIOS EN CUEVAS: geomicrobiología Cueva en las Montañas de Guadalupe Nuevo México, USA (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

8. Vales Schroteri Aristarchus Venus Io Moon Mars IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LOS MICROBIOS EN CUEVAS: Las cuevas terrestres como análogas para la detección de vida cavernícola extraterrestre Imágenes del Sistema Solar (NASA, USA) Marte Luna Venus Io El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

9. Los resultados de investigaciones y fotografías de ciencia-en-acción han suministrado un excelente material para la difusión y educación científica como el sitio Web de la derecha: http://caveslime.org/kids/cavejourney/ IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LOS MICROBIOS EN CUEVAS: informal science education (Tamara Montoya) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

10. MICROORGANISMOS DE CUEVAS IMPORTANTES Tubos de lava en Nuevo México y Hawai (USA) (Kenneth L. Ingham, Penelope J. Boston) Masas microbianas visibles se pueden observar en tubos de lava y en menor extensión en otros tipos de cavidades El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

11. Las bacterias sulfo-oxidantes de Cueva de Villa Luz secretan ácido sulfúrico como producto de desecho. El rillenkarren que se observa aquíhas sido generado por ese ácido sulfúrico. MICROORGANISMOS DE CUEVAS: productos Cueva de Villa Luz (México) (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

12. La mayoría de las superficies húmedas en las cuevas presentan biofilms microbianos que son invisibles al ojo humano. MICROORGANISMOS DE CUEVAS: muchos son invisibles sobre las rocas Caverna de Carlsbad, Nuevo México (USA) (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

13. BIOFILMS DE BACTERIAS EN TUBOS DE LAVA Tubos de lava de Pico y São Miguel, Azores, Portugal (Kenneth L. Ingham & Stephan Kempe) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

15. Tubos de la en Hawai (USA) y Terceria (Azores) (Kenneth L. Ingham) ¡ BIOFILMS MICROBIANOS DE MÚLTIPLES COLORES EN LOS TUBOS DE LAVA! El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

16. El Microscopio de Barrido de Electrones ( Scanning Electron Microscopy , SEM) sobre mallas microbianas de coloraciones blancas y amarillentas nos muestra gran variedad de formas. Algunas de estas morfologías son debidas a Actinobacteria. MORFOLOGÍA DE LAS BACTERIAS DE LOS TUBOS DE LAVA Tubos de lava de Nuevo México (USA) (Michael N. Spilde) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

17. DEPÓSITOS AZUL-VERDOSOS DE COBRE APARECEN EN ALGUNOS TUBOS DE LAVA Hawaii (USA) tubo de lava (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

19. TUBO DE LAVA DE BIRD PARK “Rastros mucosos” Hawaii (USA) lava tube (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

20. IMÁGENES AL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE LOS “RASTROS MUCOSOS” Las larvas de una mosca troglófila (Limoniidae) se alimentan de las biofilms microbianos y dejan detrás la materia fecal a modo de rastro o traza sobre la cual se crecen los microbios. Tubo de lava en Hawai (USA) (Michael N. Spilde) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

21. MATERIA ORGÁNICA EN TUBOS DE LAVA: Azores y Hawai Terceira, Azores (Portugal) y Hawai (USA) lava tube (Kenneth L. Ingham) Los tapices microbianos en tubos de lava crecen a menudo sobre la materia orgánica que puede ser tan variada o más que los propios biofilms . El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

22. AZUFRE EN CUEVAS: Maravillas microbianas, claves del pasado Cueva de Villa Luz, Tabasco (México) (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

23. H 2 S + 2O 2  H 2 SO 4 + CaCO 3  Ca 2+ + SO 4 2- + CO 2 + H 2 O  CaSO 4 • 2H 2 O El sulfuro de hidrógeno se transforma en ácido sulfúrico, el cual disuelve el carbonato, dejando como reemplazamiento el yeso. Alguna de estas transformaciones son debidas a la actividad microbiana. Cueva de Villa Luz, Tabasco (México) (Kenneth L. Ingham) AZUFRE EN CUEVAS: demostración activa de la formación de cuevas El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

24. AZUFRE EN CUEVAS: tubos de ventilación de sulfuro de hidrógeno en cuevas sulfurosas Azufre nativo, formado por reacciones químicas y biológicas a partir del sulfuro de hidrógeno, se deposita alrededor de estos tubos de ventilación. El sulfuro de hidrógeno es una excelente fuente de energía para los microorganismos. Cueva de Villa Luz, Tabasco (México) (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

25. Bolas de sulfatos CUEVAS SULFUROSAS: bolas de muco ( phlegmballs ) Yeso Los biofilms microbianos, bastante mucosos, aparecen en el borde del agua de las surgencias sulfurosas. La secuencia del DNA sugiere la presencia de metanógenos y Epsilonproteobacteria. Cueva de Villa Luz, Tabasco (México) (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

26. Estos gases son ideales para los microbios, pero no tan buenos para los humanos… ¿Locura de cuevas? CUEVAS SULFUROSAS: abundantes gases Cueva de Villa Luz, Tabasco (México) (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

27. Cueva de Villa Luz, Tabasco (México) (Kenneth L. Ingham) CUEVAS SULFUROSAS: riqueza de vida La materia orgánica y la biomasa microbiana proveen de energía y nutrientes a los niveles superiores de la cadena trófica. La Cueva de Villa Luz tiene una abundante población de arañas, insectos y otros invertebrados así como varias especies de vertebrados. El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

28. Los biofilms mucosos cuelgan de las paredes y techos de la Cueva de Villa Luz y gotean ácido sulfúrico a pH 0-1. En ocasiones se han observado acáros en el interior de los mucolitos. Cueva de Villa Luz, Tabasco (México) (Kenneth L. Ingham) CUEVAS SULFUROSAS: mucolitos ( snottites ) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

29. 20 µm CUEVAS SULFUROSAS: mucolitos ( snottites ) Cueva de Villa Luz, Tabasco (México) (Michael Spilde) En los mucolitos de la Cueva de Villa Luz dominan Acidithiobacillus thiooxidans , bavterias en forma de bastón. Tambiés se observan cristales de yeso dentro de los mucolitos. El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

30. Muchas cuevas en climas áridos, al contrario de cuevas húmedas en las que discurren ríos subterráneos, tienen un bajo contenido en materia orgánica y por lo tanto pocos nutrientes que aportar a los organismos heterótrofos CUEVAS OLIGOTRÓFICAS: no hay mucho que comer para los microorganismos de cuevas Hidden Cave, Nuevo México (USA) (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

31. DEPÓSITOS FERROMAGNÉSICOS: ¿biogénicos? Cuevas de Lechuguilla y Spider, Nuevo México, USA (Robert Buecher, Larry Mallory, & Kenneth L. Ingham) Los depósitos ferromagnésicos en cuevas de climas áridos pueden ser producidos por microorganismos que reducen sustancias a partir de la roca. Oxidación microbiana Fe 2+  Fe 3+ Mn 2+  Mn 4+ Quelación de Fe 2+ y Mn 2+ por ligandos orgánicos AIRE ROCA CAJA Quelación ligandos INTERFASE ROCA/AIRE microorganismos Disolución de Carbonatos y Ácidos orgánicos El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

32. 5  m Cueva de Lechuguilla, NM, USA (Diana Northup, Mike Spilde) MICROBIOS ENTRE DEPÓSITOS FERROMAGNÉSICOS El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

33. Los depósitos de moonmilk (leche de las cavernas o leche de luna) aparecen en muchas cuevas y han hecho pensar a muchos investigadores sobre su posible origen microbiano. MOONMILK: origen microbiano? Spider Cave, Nuevo México (USA) (Kenneth L. Ingham, Michael Spilde) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

34. Carlsbad Cavern, Nuevo México, (USA) (Kenneth L. Ingham) El análisis al microscopio de depósitos de carbonatos en lagos, que crecen hacia abajo desde las aceras ( pool fingers ), contienen capas micríticas con abundantes microorganismos. EVIDENCIA FÓSIL DE MICROBIOS EN CUEVAS El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

35. Las bandas negras de calcita micrítica en esta lámina delgada de un poolfinger se asemejan al bandeado de los estromatolitos. Guadalupe Mountain cave (USA) (Leslie A. Melim) EVIDENCIA FÓSIL DE MICROBIOS EN CUEVAS El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

36. La microscopía de la zona micrítica carbonatada de una lámina delgada de un pool finger atacada con HCl muestra la presencia de abundantes filamentos microbianos.. Hidden Cave, New Mexico (USA) (Michael N. Spilde) EVIDENCIA FÓSIL DE MICROBIOS EN CUEVAS El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

37. MORFOLOGÍA MISTERIOSA: ¿microbio or mineral? En ocasiones se encuentran estructuras de difícil categorización. Esta estructura tiene aproximadamente 1 micra de diámetro y decenas de micras de longitud. Islas de Cabo Verde (Michael N. Spilde) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

38. MÉTODOS DE ESTUDIO: Cultivos Spider Cave, Nuevo México (USA) (Kenneth Ingham, R.D. Frederick) Los cultivos se han utilizado durante décadas para estudiar los microorganismos. Se necesita conocer el medio ambiente subterráneo para diseñar el entorno en el que pueden crecer microorganismos que proceden de las cavidades, además de las características de la superficie que han hecho que se introdujeran en las cuevas. El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

39. Substratos artificiales y estériles, libres de carbono orgánico son excelentes soportes microbianos (la flecha negra señala una lámina de mármol). Los microorganismos que colonizan su superficie puenden ser retirados para cultivo o extracción del DNA. MÉTODOS DE ESTUDIO: substratos artificiales Lechuguilla Cave, New Mexico, (USA) (Aaron Stockton) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

40. MÉTODOS DE ESTUDIO: filogenia molecular La secuencia genética a partir del DNA permite realizar genealogías microbianas, mediante agrupaciones que relacionan cuales vivían en cuevas y cuales eran sus nutrientes. Las secuencias en rojo muestran novedosas secuencias de archaeal en la Cueva Lechuguilla. Cueva de Lechuguilla, NM, USA (Susan Barns) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

41. MÉTODOS DE ESTUDIO: Microscopía Electrónica de Barrido ( scanning ) (SEM) Las imágenes SEM revelan muchos datos sobre los microbios encontrados en cuevas y su interacción con la roca. Islas de Cabo Verde, Lechuguilla Cave, Spider Cave, Cueva de Villa Luz (Michael N. Spilde & Diana Northup) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

42. Partículas de azufre elemental dentro de células de bacterias en Sulphur River, Parker Cave, KY, USA MÉTODOS DE ESTUDIO: microscopía de contraste Parker Cave, KY, (USA) (Esther Angert) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

43. Contraste de fase de filamentos blancos en un río rico en sulfuros. Los mismos filamentos vistos con: Microscopía de Epifluorescencia de Bacterias: FISH (Fluorescent In Situ Hybridization) utilizando un ocular de dominio bactérico. Con esta técnica se pueden identificar los grupos microbianos presentes. MÉTODOS DE ESTUDIO: Imágenes FISH Parker Cave, KY, (USA) (Anna-Louise Reysenbach) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

44. MÉTODOS DE ESTUDIO: isotopes estables Cueva de Villa Luz (Mexico) (Hose et al. 2000) H 2 S -11.7‰ Hose et al., 2000 S o -23.7‰ “ Yeso –23.5 ‰ “ H 2 S (El Chichón) +4.6 ‰ Taran et al, 1998 S o (El Chichón) +4.5 ‰ “ S o (Lechuguilla) Spirakis & Cunningham, 1992 -25.6 ‰ Los estudios de isótopos estables pueden permitir inferir si los procesos biológicos están implicados el la formación de sustancias como el azufre elemental y el yeso. El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

45. Acetatos: 30 Butyratos: 4 Chitosidos: 47 Glucosidos: 41 Glucosaminidas: 64 Stearatos: 0 Sulfatos: 38 Xylosidos: 28 La produccuón de enzimas extracelulares, medida mediante el conteo de maracas en discos impregnados, puede identifica qué substratos son utilizados por los microorganismos como hábitat. MÉTODOS DE ESTUDIO: enzimas extracelulares Cueva de Villa Luz (Mexico) (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

46. -250 -222 -216 7.01 7.13 7.4 Las medidas del pH y del potencial redox premiten predicir qué minerales debería encontrarse, por ejemplo óxidos y sulfuros de hierro. -193 -117 –82 7.7 7.63 7.77 MÉTODOS DE ESTUDIO: geoquímica Cueva de Villa Luz (México) (Kenneth L. Ingham) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

47. MÉTODOS DE ESTUDIO: geoquímica Cueva de Villa Luz (México) (Michael Spilde) Con la representación gráfica de las medidas de pH y potencial redox mostradas en la diapositiva anterior, y utilizando un diagrama de fases, se puede predecir la presencia de óxidos y sulfuros de hierro. El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

48. MICROBIOS: PARTE DE LA CADENA ALIMENTARIA Cueva de Villa Luz (Mexico) (Kenneth L. Ingham) El azufre y las bacterias en Cueva de Villa Luz forman parte de la base de la cadena alimentaria de la cavidad y suponen el alimento de invertebrados y peces de cuevas (mollies) que se encuentran en el río que fluye por la cavidad. El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

49. En cavidades con bajo contenido en nutrientes, una de las mayores amenazas a las poblaciones microbianas es el enriquecimiento en carbono orgánico, como este resto dejado por un vistante poco cuidadoso. Nuevo México (USA) tubos de lava (Kenneth L. Ingham) CONSERVACIÓN: amenazas contra los microorganismo El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

50. CONSERVACIÓN: impacto humano Nuestros estudios sobre indicadores e bacterias de origen humano (HIB), como S. aureus , un microbio de la piel producido por humanos, muestran altas concentraciones de HIB en las áreas de mayor impacto. Cuevas de Carlsbad y Lechuguilla (USA) (Jim Werker, Diana Northup; Gráficos de Jessica R. Snider) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

51. Las comunidades microbianas pueden dañar el arte rupestre como en Altamira y otras cavidades en Europa con pinturas . CONSERVACIÓN: amenaza de los microorganismos Cueva de Altamira (España) (Cuezva et al. 2009, C. Saiz-Jimenez, Josefo Bedoya) El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

54. PARA SABER MÁS BARTON H.A. (2006) - Introduction to cave microbiology: A review for the non-specialist. Journal of Cave and Karst Studies, 68, pp. 43-54. BARTON H.A., NORTHUP, D.E. (2007) - Geomicrobiology in cave environments: past, current and future perspectives. Journal of Cave and Karst Studies, 69, pp. 163-178. ENGEL A.S. (2007) - Observations on the biodiversity of sulfidic karst habitats. Journal of Cave and Karst Studies, 69, pp. 187-206. NORTHUP D.E., LAVOIE K.H. (2004) - Microbiology in caves. In: GUNN J. (ed.) (2004) - Encyclopedia of Caves and Cave Sciences , Fitzroy Dearborn, New York, pp. 506-509. El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009

55. Esta presentación ha sido preparada por Diana E. Northup y Penelope J. Boston Traducción al español: José María Calaforra (coord.), Policarp Garay, Ángel Ginés y Josep Manuel Victòria. (Sociedad Española de Espeleología y Ciencias del Karst, SEDECK) Agradecemos las figuras y fotos de Kenneth L. Ingham, Michael N. Spilde, Maria de Lurdes Nunes Enes Dapkevicius, Jim Werker, Robert Buecher, C. Saiz-Jimenez, , Esther Angert, Stephan Kempe, National Aeronautics and Space Administration, Gus Fredrickson, Leslie Melim, Aaron Stockton, Anna-Louise Reysenbach. Figures and schemes have been prepared by Jessica R. Snider, Matthew G. Garcia, C. Saiz-Jimenez, Josefo Bedoya, Tamara Montoya, Larry Mallory, Louise Hose, and Susan Barns. Agradecemos la colaboración de las siguientes instituciones: University of New Mexico, New Mexico Institute of Mining and Technology, and the National Cave and Karst Research Institute. CRÉDITOS © Società Speleologica Italiana Cualquier parte de esta presentación puede ser reproducida bajo su responsabilidad, siempre que los contenidos permanezcan sin alterar. Al reproducir esta presentación (o parte de ella) es una buena práctica agradecer y citar el presente proyecto como fuente de información. El maravilloso mundo microbiológico de la cuevas – Società Speleologica Italiana 2009