Si bien la posibilidad de que las bacterias nitrificantes evolucionen independientemente en su pecera es intrigante, desafortunadamente es extremadamente poco probable.
La fuente más probable de bacterias nitrificantes en su pecera es el pescado en sí. Habría bacterias nitrificantes en sus branquias, en sus escamas pero lo más importante, en sus órganos excretores y alrededor de ellos, que estarían tan densamente poblados con bacterias nitrificantes como nuestros fondos con Escherichia coli .
La razón por la que obtienes el síndrome de tanque nuevo es que lleva tiempo que esas bacterias nitrificantes colonicen suficientemente el filtro en el tanque de peces. Mientras tanto, los productos de desecho se acumularán y posiblemente maten al pez. De su enlace (Datos de Bacterias Nitrificantes):
Las bacterias nitrificantes se reproducen por división binaria. En condiciones óptimas, Nitrosomonas puede duplicar cada 7 horas y Nitrobacter cada 13 horas. Más realistamente, se duplicarán cada 15-20 horas. Este es un tiempo extremadamente largo considerando que las bacterias heterotróficas pueden duplicarse en tan poco tiempo como 20 minutos. En el momento en que se necesita una sola célula de Nitrosomonas para duplicar su población, una sola bacteria de E. Coli habría producido una población que excede los 35 billones de células.
En otras palabras, las bacterias nitrificantes son metabólicamente (y por lo tanto reproductivamente) ineficientes, por lo que les lleva mucho tiempo construir una población suficientemente grande para limpiar su pecera. El nuevo síndrome de tanque no es causado por la ausencia total de estas bacterias, solo por una población demasiado pequeña.
Es cierto que hay casos observados de bacterias que desarrollan la capacidad de digerir subproductos de la fabricación de nailon en el estanque de escorrentía de una planta japonesa de nylon (bacterias que comen nylon) y E. coli que desarrolla la capacidad de usar ácido cítrico como carbono fuente en el laboratorio (experimento de evolución a largo plazo de E. coli), como expliqué en la respuesta que lo llevó a hacer esta pregunta. (Respuesta del usuario de Quora a ¿Cómo se mantiene algún grado de similitud entre los individuos de una especie que se reproduce asexualmente?)
¿Qué porcentaje de nuestro peso corporal son bacterias?
¿De qué se obtiene la toxina Bt?
¿Qué infecciones / enfermedades son causadas por estafilococos con morfología de colonia amarilla?
Creo que hay dos diferencias importantes: los números y la competencia.
Números
La primera diferencia es, para usar una analogía, el “número de boletos de lotería comprados”.
En el caso de las bacterias que comen nylon, tenían varias décadas en un estanque completo. Esto significa que millones y millones de bacterias se multiplican a lo largo de muchas decenas de miles de generaciones, cada una representando una posibilidad aleatoria de tropezar con la maquinaria molecular para digerir el nylon (ganar la lotería). Mientras tanto, trillones de bacterias en estanques de desechos en otros lugares no desarrollaron la capacidad de digerir el nylon.
En el caso de su pecera, este es un volumen de agua mucho más pequeño en un marco de tiempo mucho más corto, y probablemente con una menor densidad de nutrientes.
Es cierto que E. coli en el largo experimento tenía un espacio aún más pequeño, pero tenían condiciones de crecimiento ideales (en un matraz de laboratorio con un rico suministro de nutrientes y productos de desecho regularmente enjuagados) y varios años para evolucionar, lo que significa una densa población de bacterias por decenas de miles de generaciones. Todavía tenían una ventaja importante en términos de rotación bruta.
No creo que las bacterias del tanque de peces tengan la rotación suficiente para hacer que la evolución independiente de la digestión de amoníaco sea una explicación probable para su pecera en particular. Para el momento en que “ganaron la lotería” y comenzaron a descomponer el amoníaco, su pez habría estado muerto durante siglos.
Sin embargo, creo que es probable que algunas bacterias desarrollen esta habilidad por separado de vez en cuando en uno de los muchos millones de peceras de todo el mundo. Simplemente no creo que duren, debido al segundo factor:
Competencia
Hasta el siglo pasado, ninguna bacteria había visto el nylon o sus productos químicos relacionados. En el momento en que una de las flavobacterias en el estanque de desechos japonés accidentalmente producía una proteína que podía descomponer un químico sintético y liberar su energía química, tenía el monopolio de esa fuente de energía, sin importar cuán groseramente se adaptara a este nuevo nicho. A partir de ahí, podría afinarse gradualmente, duplicando potencialmente el gen para amplificar la proteína, modificando la proteína para digerir otras sustancias químicas derivadas de nylon en el estanque de desecho, ajustando su metabolismo para tratar cualquier producto de desecho novedoso, y así sucesivamente.
De manera similar, en el caso del experimento largo de E. coli , la bacteria tenía acceso exclusivo a un suministro listo de ácido cítrico. No hubo competencia. Así que la mutación inicial puede haber sido bastante cruda en comparación con muchos de los organismos que usan ácido cítrico más afinados en el planeta, pero eso no importó porque esos competidores potenciales no estaban en ese matraz.
Ahora, en el caso de tu pecera, la situación es muy diferente. El amoníaco ha estado en el planeta Tierra más tiempo que la vida misma. Algunas de las primeras bacterias podrían procesar amoníaco. Por ahora, son muy buenos en eso. Entonces, si una bacteria no nitrificante en su pecera desarrollara la capacidad de digerir amoníaco, las otras bacterias lo superarían en poco tiempo. Esto es particularmente cierto porque el metabolismo del nitrógeno es extremadamente ineficiente. Para citar de nuevo su artículo vinculado:
Las bacterias nitrificantes tienen tiempos de generación largos debido al bajo rendimiento energético de sus reacciones de oxidación. Dado que se produce poca energía a partir de estas reacciones, han evolucionado para convertirse en extremadamente eficientes en la conversión de amoníaco y nitrito. Los estudios científicos han demostrado que la bacteria Nitrosomonas es tan eficiente que una sola célula puede convertir el amoníaco a un ritmo que requeriría hasta un millón de heterótrofos para lograrlo.
Entonces, su nueva bacteria tendría una enorme desventaja contra cualquier bacteria Nitrosomonas que estuviera presente.
Incluso si la bacteria comenzó sin competencia y colonizó todo el tanque, su pecera no es un contenedor estéril sellado. Tarde o temprano, un nitrificador veterano (Nitrosomonas o Nitrobacter) encontraría su camino hacia el estanque y los días del nuevo nitrificador estarían numerados.
Existe evidencia adicional de que la mayoría de los tanques de peces no están ocupados rutinariamente por bacterias nitrificantes recientemente desarrolladas a partir de bacterias no nitrificantes.
Las bacterias que realizan el ciclo del nitrógeno están bien documentadas. Los científicos saben qué bacteria hace esto. De uno de los enlaces que brindó:
Las especies de Nitrosomonas y Nitrobacter son microbios gram negativos, en su mayoría en forma de bastoncillo, que oscilan entre 0.6-4.0 micras de longitud. Son aerobios obligados y no pueden multiplicar ni convertir el amoníaco o los nitritos en ausencia de oxígeno.
Si los no nitrificadores evolucionaran (y sobrevivieran) rutinariamente, no podríamos caracterizar los nitrificadores tan específicamente. Habría muchos, muchos tipos diferentes.
Tan intrigante como puede ser esta posibilidad, siento decir que su pecera probablemente no sea el lugar de nacimiento de una nueva especie de bacteria nitrificante.