Zgodovina mikrobne ekologije, predmet študije in aplikacije



The mikrobna ekologija je disciplina okoljske mikrobiologije, ki izhaja iz uporabe ekoloških načel v mikrobiologiji (mikros: small, bios: življenje, logotipi: študija).

Ta disciplina proučuje raznolikost mikroorganizmov (mikroskopski enocelični organizmi od 1 do 30 μm), odnose med njimi z ostalimi živimi bitji in z okoljem..

Ker mikroorganizmi predstavljajo največjo zemeljsko biomaso, njihove dejavnosti in ekološke funkcije močno vplivajo na vse ekosisteme.

Zgodnja fotosintetična aktivnost cianobakterij in posledično kopičenje kisika (O2) v primitivnem vzdušju predstavlja enega najjasnejših primerov mikrobnega vpliva v evolucijski zgodovini življenja na planetu Zemlja.

To, glede na to, da je prisotnost kisika v atmosferi, omogočila videz in razvoj vseh obstoječih aerobnih oblik življenja.

Mikroorganizmi ohranjajo stalno in bistveno aktivnost za življenje na Zemlji. Mehanizmi, ki ohranjajo mikrobno raznolikost biosfere, so osnova dinamike kopenskih, vodnih in zračnih ekosistemov..

Zaradi njegovega pomena bi morebitno izumrtje mikrobnih skupnosti (zaradi onesnaženja njihovih habitatov s toksičnimi industrijskimi snovmi) povzročilo izginotje ekosistemov, ki so odvisni od njihovih funkcij..

Indeks

  • 1 Zgodovina mikrobne ekologije
    • 1.1 Načela ekologije
    • 1.2 Mikrobiologija
    • 1.3 Mikrobna ekologija
  • 2 Metode v mikrobni ekologiji
  • 3 Poddiscipline
  • 4 Področja študija
  • 5 Aplikacije
  • 6 Reference

Zgodovina mikrobne ekologije

Načela ekologije

V prvi polovici 20. stoletja so se razvila načela splošne ekologije, ob upoštevanju študij "vrhunskih" rastlin in živali v njihovem naravnem okolju..

Očitno so bili mikroorganizmi in njihove ekosistemske funkcije prezrti, kljub velikemu pomenu v ekološki zgodovini planeta, ker predstavljajo največjo zemeljsko biomaso in ker so najstarejši organizmi v evolucijski zgodovini življenja na Zemlji..

V tem času so se kot degradatorji, mineralizatorji organskih snovi in ​​posredniki v nekaterih ciklusih hranil obravnavali samo mikroorganizmi..

Mikrobiologija

Šteje se, da so znanstveniki Louis Pasteur in Robert Koch ustanovili disciplino mikrobiologije, razvili tehniko aksenske mikrobne kulture, ki vsebuje en sam celični tip, potomca ene same celice..

Toda pri aksenskih kulturah interakcij med mikrobnimi populacijami ni bilo mogoče raziskati. Potrebno je bilo razviti metode, ki omogočajo proučevanje mikrobnih bioloških interakcij v njihovih naravnih habitatih (bistvo ekoloških odnosov)..

Prvi mikrobiologi, ki so preučevali interakcije med mikroorganizmi v tleh in interakcije z rastlinami, so bili Sergéi Winogradsky in Martinus Beijerinck, večina pa se je osredotočila na preučevanje akseničnih kultur mikroorganizmov, povezanih z boleznimi ali fermentacijskimi procesi v komercialnem interesu..

Winogradsky in Beijerinck sta proučevala predvsem mikrobne biotransformacije anorganskih dušikovih in žveplovih spojin v tleh.

Mikrobna ekologija

V zgodnjih šestdesetih letih, v času skrbi za kakovost okolja in onesnaževalni vpliv industrijskih dejavnosti, se je mikrobna ekologija pojavila kot disciplina. Ameriški znanstvenik Thomas D. Brock je bil prvi avtor besedila na to temo leta 1966.

Konec sedemdesetih let je bila mikrobna ekologija utrjena kot specializirano multidisciplinarno področje, saj je med drugim odvisna od drugih znanstvenih področij, kot so ekologija, celična in molekularna biologija, biogeokemija..

Razvoj mikrobne ekologije je tesno povezan z metodološkim napredkom, ki nam omogoča preučevanje interakcij med mikroorganizmi in biotskimi in abiotskimi dejavniki njihovega okolja..

V devetdesetih letih so bile v študijo vključene tudi tehnike molekularne biologije in situ mikrobne ekologije, ki ponuja možnost raziskovanja velike biotske raznovrstnosti, ki obstaja v mikrobiološkem svetu in tudi poznavanje njenih presnovnih dejavnosti v okoljih v ekstremnih pogojih..

Nato je tehnologija rekombinantne DNK omogočila pomemben napredek pri odpravi onesnaževalcev okolja, kot tudi pri nadzoru trgovinskih škodljivih organizmov..

Metode v mikrobni ekologiji

Med metodami, ki so omogočile študijo in situ mikroorganizmov in njihova presnovna aktivnost so: \ t

  • Konfokalna mikroskopija z laserjem.
  • Molekularna orodja, kot so fluorescenčne genske sonde, ki so omogočile proučevanje kompleksnih mikrobnih skupnosti.
  • Verižna reakcija s polimerazo ali PCR (za akronim v angleščini: Polymerase Chain Reaction).
  • Radioaktivni označevalci in kemijske analize, ki med drugim omogočajo merjenje metabolične aktivnosti mikrobov.

Poddiscipline

Mikrobna ekologija je pogosto razdeljena na poddiscipline, kot so:

  • Avtoekologija ali ekologija genetsko povezanih populacij.
  • Ekologija mikrobnih ekosistemov, ki preučuje mikrobne skupnosti v določenem ekosistemu (kopenske, zračne ali vodne).
  • Mikrobna biogeokemijska ekologija, ki proučuje biogeokemične procese.
  • Ekologija odnosov med gostiteljem in mikroorganizmi.
  • Mikrobna ekologija se uporablja pri problemih onesnaževanja okolja in obnovi ekološkega ravnovesja v interveniranih sistemih.

Študijska območja

Med področji študije mikrobne ekologije so:

  • Razvoj mikrobov in njegova fiziološka raznolikost ob upoštevanju treh področij življenja; Bakterije, Archaea in Eucaria.
  • Obnova mikrobnih filogenetskih odnosov.
  • Kvantitativne meritve števila, biomase in aktivnosti mikroorganizmov v njihovem okolju (vključno z nezdravljivimi).
  • Pozitivne in negativne interakcije v mikrobni populaciji.
  • Interakcije med različnimi mikrobnimi populacijami (nevtralizem, komenzalizem, sinergizem, vzajemnost, konkurenca, amenzalizem, parazitizem in plenjenje).
  • Interakcije med mikroorganizmi in rastlinami: v rizosferi (z dušikovimi mikroorganizmi in mikoriznimi glivami) in v rastlinskih zračnih strukturah.
  • Fitopatogeni; bakterijske, glivične in virusne.
  • Interakcije med mikroorganizmi in živalmi (medsebojna in komensalna intestinalna simbioza, plenjenje, med drugim).
  • Sestava, delovanje in procesi nasledstva v mikrobnih skupnostih.
  • Mikrobne prilagoditve ekstremnim okoljskim pogojem (študija ekstremofilnih mikroorganizmov).
  • Vrste mikrobnih habitatov (atoma-ekosfera, hidroekosfera, litoekosfera in ekstremni habitati) \ t.
  • Biogeokemični cikli, na katere vplivajo mikrobne skupnosti (cikli ogljika, vodika, kisika, dušika, žvepla, fosforja, železa, med drugim).
  • Različne biotehnološke aplikacije v okoljskih problemih in gospodarskega interesa.

Aplikacije

Mikroorganizmi so bistveni v globalnih procesih, ki omogočajo ohranjanje okolja in zdravja ljudi. Poleg tega služijo kot model pri preučevanju številnih interakcij med prebivalstvom (npr. Plenjenje).

Razumevanje temeljne ekologije mikroorganizmov in njihovih vplivov na okolje je omogočilo prepoznavanje biotehnoloških presnovnih zmogljivosti, ki se uporabljajo na različnih gospodarskih področjih. Nekatera od teh področij so navedena spodaj:

  • Nadzor biološkega poslabšanja zaradi korozivnih biofilmov kovinskih struktur (kot so cevovodi, zabojniki za radioaktivne odpadke, med drugim).
  • Nadzor škodljivcev in patogenov.
  • Obnova kmetijskih tal, ki so bila degradirana zaradi prekomernega izkoriščanja.
  • Biološka obdelava trdnih odpadkov v kompostiranju in na odlagališčih.
  • Biološka obdelava odpadnih voda, prek sistemov za čiščenje odpadne vode (npr. Z imobiliziranimi biofilmi).
  • Bioremediacija tal in vode, onesnaženih z anorganskimi snovmi (kot so težke kovine), ali ksenobiotiki (toksični sintetični proizvodi, ki jih ne ustvarjajo naravni procesi biosinteze). Med temi ksenobiotskimi spojinami so halokarboni, nitroaromati, poliklorirani bifenili, dioksini, alkilbenzil sulfonati, naftni ogljikovodiki in pesticidi..
  • Bioremediacija mineralov z biološko odstranitvijo (npr. Zlato in baker).
  • Proizvodnja biogoriv (etanol, metan, med drugimi ogljikovodiki) in mikrobna biomasa.

Reference

  1. Kim, M-B. (2008). Napredek v okoljski mikrobiologiji. Myung-Bo Kim Urednik. str. 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. in Brock, T. (2015). Brockova biologija mikroorganizmov. 14 ed. Benjamin Cummings. str. 1041.
  3. Madsen, E.L. (2008). Okoljska mikrobiologija: od genoma do biogeokemije. Wiley-Blackwell. 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Mikrobiologija nadzora onesnaževanja okolja. M. Dekker str. 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologija Peta izdaja, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Ekstremofili kot vir novih encimov. Aktualno mnenje v Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C., in Jones, K.C. (1993). Bioremediacija tal, onesnaženih s polinuklearnimi aromatičnimi ogljikovodiki (PAH): pregled. Onesnaževanje okolja, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.