El acoplamiento de flujos de carbono y energía revela anaerobiosis en una incubación de suelo aeróbico con una comunidad dominada por Bacillota

Los microorganismos del suelo dependen de flujos acoplados de carbono y energía para mantener su metabolismo, para pasar de la inactividad a la actividad y para crecer en condiciones dinámicamente cambiantes en microhábitats. Para identificar los principios subyacentes a este acoplamiento, medimos la liberación de calor y CO2 del suelo después de la adición de glucosa, junto con estimaciones de biomasa microbiana y composición de la comunidad. Los resultados revelan desviaciones bidireccionales de la relación entre la liberación de calor y CO2 (Relación Calorespirométrica, CR) que son inconsistentes con las predicciones teóricas para la respiración aeróbica, que comúnmente se asume como la principal vía metabólica en los experimentos de incubación. Además, la comunidad microbiana estuvo dominada por el crecimiento de Bacillota, cuya abundancia relativa aumentó del 4 por ciento al 65 por ciento en 18 h. Para interpretar estos hallazgos, desarrollamos un modelo dinámico de flujos de carbono y energía durante el crecimiento microbiano en glucosa. El modelo simula la respiración aeróbica así como caminos de fermentación anaeróbica a lactato, acetato y propionato dependiendo de la disponibilidad variable de O2. Las simulaciones capturan el patrón temporal observado de CR y sugieren un agotamiento gradual de O2 y un cambio hacia rutas anaeróbicas como el principal motor. Esta interpretación es consistente con el dominio de Bacillota, muchos miembros de los cuales están bien adaptados a condiciones anaeróbicas. Nuestros resultados destacan el potencial del análisis conjunto de flujos de materia y energía en enfoques experimentales y de modelado combinados e indican la presencia de anaerobiosis facultativa bajo condiciones experimentales comunes, lo que podría conferir una ventaja competitiva a ciertos taxones microbianos durante el crecimiento en sustrato lábil.