Constituyen un grupo de mamíferos superiores que presentan una distensión en el esófago denominada rumen. En ella tienen lugar los procesos microbianos que se estudian aquí. La bolsa ruminal (panza) puede llegar a tener unos 100 litros de capacidad en vacuno y en torno a 6 litros en ovino.

Los rumiantes utilizan la celulosa y otros polímeros de alto peso molecular como fuente de carbono. Esta celulosa es metabolizada por los microorganismos ruminales que, por otra parte, constituyen el aporte de aminoácidos y factores de crecimiento necesarios para el desarollo del animal. Los microorganismos ruminales son capaces de usar el nitrógeno del amonio o de la urea (productos de desecho en otros animales) como fuente de nitrógeno para la síntesis de aminoácidos. Por tanto, los rumiante tienen unos requerimientos nutricionales mucho más reducidos que el resto de los animales.

Son rumiantes el ganado vacuno, caprino, ovino, y grupos como los camélidos (camellos, dromedarios, llamas, etc.) y jirafas.

Ecológicamente el proceso ruminal representa una simbosis entre los microorganismos y el animal. También se establecen relaciones de mutualismo entre las diferentes poblaciones microbianas.

El rumen se puede considerar como un fermentador de temperatura constane que presenta condiciones anaerobias (potencial de oxígeno: 10^-22M). Debido al tamponamiento producido por la saliva, el pH se mantiene constante en torno a 6.5. Este tamponamiento salivar es importante ya que durante la ferementación ruminal se generan ácidos orgánicos que tienden a bajar el pH.

En conjunto, puede considerarse el rumen como un sistema de cultivo continuo cuya tasa de crecimiento está controlada por el aporte nutritivo dervado de la alimentación del animal (sistema quimiostático).

El proceso en el rumen dura cerca de 9h. Los alimentos rumiados pasan por la redecilla, se devuelven a la boca donde se mastican y pasan al resto de compartimentos gástricos (cuajar). La digestión que tiene lugar en el rumen es únicamente bacteriana: el rumen no produce enzimas.

Los microorganismos ruminales no sólo digieren azúcares de alto peso molecular sino que también son responsables de la producción de los aminoácidos y factores de crecimiento necesarios para el desarrollo del animal que, por consiguiente, no necesita ingerirlos en la dieta.

Los microorganismos ruminales pertenecen a varios grupos taxonómicos: (1) bacterias, principalmente bacilos o cocos Gram-negativos, aunque también hay grupos Gram-positivos. Llegan a alcanzar números muy altos (10¹⁰ a 10¹¹ bacterias por gramo). Los grupos principales son Ruminococcus y Bacteroides. Ecológicamente se producen equilibrios entre los diferentes grupos bacterianos, equilibrios que si se desestabilizan son causantes de problemas en el rendimiento del proceso ruminal (por ejemplo: hay bacterias que metabolizan algunos productos secundarios de otras, el H₂ por ejemplo, que si no es eliminado rápidamente puede llegar a ser inhibidor de otros procesos ruminales. Por consiguiente, el mantenimiento de microorganismos como Methanobacterium ruminantium responsable de la formación de metano a partir de CO₂ e H₂ es imprescindible para el proceso). (2) Arqueas, como microorganismos metanógenos. (3) Protozoos: hay entre 10⁵ y 10⁶ unidades por gramo; anaerobios (lo que es muy infrecuente entre los protozoos) ciliados con cierta capacidad de degradación de celulosa y de almidón mediante fermentación. Actúan como depredadores de bacterias.

Entre todos estos microorganismos se establecen cadenas tróficas en las que unos utilizan como fuente de alimento los residuos de los anteriores. Así mismo, se producen cadenas por protozoos predadores de eubacterias y arqueas

Desde el punto de vista bioquímico se produce la degradación de la celulosa según el esquema siguiente:

celulosa ® celobiosa ® glucosa ® fermentación ácido-mixta (ácidos grasos volátiles)

® ácidos grasos absorbidos en el rumen

la fermentación rinde ácidos orgánicos de cadena corta (acético, propiónico y butírico).

La degradación de la celulosa la inician microorganismos celulolíticos que representan entre el 1 y el 5% de la flora ruminal. La mayoría de los microorganismos de esta flora no son celulolíticos, aunque en conjunto pueden degradar una gran número de polímeros de alto peso molecular como almidín, pectina, lípidos, etc. De los residuos vegetales, sólo la lignina no es digerible por la flora ruminal.

Los productos finales del proceso ruminal son los ácidos grasos de cadena corta, también CO₂ y CH₄ (65%-35%). El origen del metano está en la actividad de Methanobacterium ruminantium a partir del CO₂ y del H₂ producidos en la fermentación ácida mixta. Estos gases se eliminan mediante eructos (lo que, probablemente sirva para diseminar las bacterias en la población y, por otra parte, es origen de una gran cantidad del metano libre en la atmósfera).

La eliminación de gases mediante eructos es necesaria para el proceso porque pueden llegar a suponer 80 de los 100 litros de la panza del animal. Si no se produce la eliminación de estos gases (por ejemplo, porque se produce espuma en la panza, lo que ocurre en ciertos casos de ingestión de alimento en condiciones incorrectas) se pueden originar problemas serios que pueden causar la muerte del animal (patología denominada timpanitis).

Los restos no digeridos durante el proceso ruminal y las bacterias y protozoos son enviados al estómados después del proceso de masticación. En la práctica, los finales resíduos no metabolizados son de tipo lignina.

La composición bacteriana depende de la dieta y de cuál sea la principal fuente de carbono (celulosa, almidón o pectina; según el alimento sea heno, granos o heno de leguminosas, por ejemplo).

El rumen es un ecosistema muy constante: cambios bruscos en él pueden llevar a la muerte del animal (ej: S. bovis crece de forma explosiva cuando brusco de dieta de heno a grano; como esta bacteria usa el almidón mediante fermentación da lugar a una fuerte acidosis). Cambios graduales en la dieta dan lugar a selección de nuevas poblaciones de microorganismos. En otras ocasiones, la dieta puede dar lugar a la formación de espuma que dificulta o impide la erucción.

Hay un equilibrio entre microorganismos metanógenos (arqueobacterias) e hidrogénicos que, a su vez, son inhibidos en condiciones de concentración alta de hidrógeno.

Se puede añadir urea (H₃C-CO-CH₃) al forraje para que sea fuente de nitrógeno para los microorganismos ruminales que así producen proteínas que luego utiliza el animal.

Las bacterias consiguen un ecosistema constante y permiten a los rumiantes el consumo de nutrientes inasequibles para otros animales. Por otra parte, también se establecen relaciones mutualistas entre los microorganismos del ecosistema ruminal.

Relaciones ecológicas

Algunos tipos de ballenas (las que se alimentan por filtración de agua) y ciertos pájaros handesarrollados sistemas de ferementación anaerobia similares a los de los rumiantes. En el caso de las ballenas, también son capaces de metabolizar un gran número de tipos de moléculas diferentes gracias a estos microorgnaismos simbióticos. Anatómicamente estos sistemas son diferentes del rumen.

Por otra parte, los c¡Caballos y ovejas tienen una cavidad intestinal denominada ciego (nuestro apéndice es el órgano homólogo en humanos) donde tienen lugar otros procesos de fermentación anaerobia.

Porúltimo, hay que considerar que los microorganismos ruminales tienen importancia como biodegradadores de compuestos xenobióticos contaminantes ambientales debido a su gran capacidad metabólica. Esta potencialidad está siendo estudiada actualmente para su aplicación de forma controlada en procesos de biodegradación de contaminantes.