Mikrobų ekologijos istorija, tyrimo objektas ir taikymas



The mikrobų ekologija yra aplinkos mikrobiologijos disciplina, atsirandanti taikant ekologinius principus mikrobiologijai (mikros: mažas, bios: gyvenimas, logotipai: tyrimas).

Ši disciplina tiria mikroorganizmų įvairovę (mikroskopinius vienaląsčius organizmus nuo 1 iki 30 μm), jų ryšį su likusia gyva būtybe ir aplinką..

Kadangi mikroorganizmai yra didžiausia sausumos biomasė, jų veikla ir ekologinės funkcijos giliai veikia visas ekosistemas.

Ankstyvas mėlynųjų bakterijų fotosintezės aktyvumas ir dėl to susikaupęs deguonis (O2) primityvioje atmosferoje yra vienas iš aiškiausių mikrobų įtakos pavyzdžių evoliucinėje gyvenimo istorijoje Žemėje.

Tai, atsižvelgiant į tai, kad deguonies buvimas atmosferoje leido visų esamų aerobinių gyvenimo formų išvaizdą ir evoliuciją.

Mikroorganizmai palaiko nuolatinį ir esminį gyvenimą Žemėje. Mechanizmai, palaikantys biosferos mikrobinę įvairovę, yra sausumos, vandens ir oro ekosistemų dinamikos pagrindas..

Atsižvelgiant į jo svarbą, galimas mikrobų bendruomenių išnykimas (dėl jų buveinių užteršimo pramoninėmis toksinėmis medžiagomis) sukeltų ekosistemų išnykimą, priklausomai nuo jų funkcijų..

Indeksas

  • 1 Mikroekologijos istorija
    • 1.1 Ekologijos principai
    • 1.2 Mikrobiologija
    • 1.3 Mikrobinė ekologija
  • 2 Mikrobų ekologijos metodai
  • 3 Sub-disciplinos
  • 4 Studijų sritys
  • 5 Programos
  • 6 Nuorodos

Mikrobinės ekologijos istorija

Ekologijos principai

XX a. Pirmojoje pusėje buvo sukurti bendrieji ekologijos principai, atsižvelgiant į „aukščiausios“ augalų ir gyvūnų tyrimą jų natūralioje aplinkoje..

Akivaizdu, kad mikroorganizmai ir jų ekosisteminės funkcijos buvo ignoruojamos, nepaisant jų didelės svarbos planetos ekologinei istorijai, nes jos yra didžiausia sausumos biomasė, ir todėl, kad jie yra seniausi organizmai evoliucinėje gyvenimo istorijoje Žemėje..

Tuo metu tik mikroorganizmai buvo laikomi degradatoriais, organinių medžiagų mineralizatoriais ir tarpininkais kai kuriuose maistinių medžiagų cikluose.

Mikrobiologija

Manoma, kad mokslininkai Louis Pasteur ir Robert Koch įkūrė mikrobiologijos discipliną, plėtojant ašinės mikrobinės kultūros metodą, kuriame yra vienas ląstelių tipas, vienos ląstelės palikuonis.

Tačiau ašių kultūrų sąveika tarp mikrobų populiacijų nebuvo tiriama. Būtina sukurti metodus, leidžiančius ištirti mikrobiologines biologines sąveikas jų natūraliose buveinėse (ekologinių santykių esmė)..

Pirmieji mikrobiologai, tiriantys dirvožemio mikroorganizmų sąveiką ir sąveiką su augalais, buvo Sergéi Winogradsky ir Martinus Beijerinck, o dauguma daugiausia dėmesio skyrė mikroorganizmų ašių kultūroms, susijusioms su komercinės svarbos ligomis ar fermentacijos procesais..

Winogradsky ir Beijerinck visų pirma tiria neorganinių azoto ir sieros junginių biotransformacijas dirvožemyje..

Mikrobinė ekologija

1960-ųjų pradžioje, susirūpinusios aplinkos kokybe ir užterštu pramonės veiklos poveikiu, mikrobiologija tapo disciplina. 1966 m. Amerikiečių mokslininkas Tomas D. Brockas buvo pirmasis teksto autorius.

Tačiau praėjusio amžiaus aštuntojo dešimtmečio pabaigoje mikrobų ekologija buvo konsoliduota kaip specializuota daugiadisciplininė sritis, nes ji priklauso nuo kitų mokslo šakų, pavyzdžiui, ekologijos, ląstelių ir molekulinės biologijos, biogeochemijos..

Mikrobų ekologijos raida glaudžiai susijusi su metodologine pažanga, kuri leidžia mums ištirti mikroorganizmų sąveiką su jų aplinkos biotiniais ir abiotiniais veiksniais..

Devintajame dešimtmetyje į tyrimą buvo įtraukti molekulinės biologijos metodai in situ mikrobiologijos ekologija, suteikianti galimybę ištirti didelę biologinę įvairovę, egzistuojančią mikrobų pasaulyje, ir taip pat žinoti jo metabolinę veiklą aplinkoje ekstremaliomis sąlygomis.

Vėliau rekombinantinės DNR technologija leido pasiekti svarbių rezultatų šalinant aplinkos teršalus, taip pat kontroliuojant komercinės svarbos kenkėjus..

Mikrobų ekologijos metodai

Tarp metodų, kurie leido atlikti tyrimą in situ mikroorganizmų ir jų metabolinio aktyvumo, yra: \ t

  • Konokalinė mikroskopija su lazeriu.
  • Molekuliniai įrankiai, tokie kaip fluorescenciniai geno zondai, leidę tirti sudėtingas mikrobų bendruomenes.
  • Polimerazės grandinės reakcija arba PCR (akronimas anglų kalba: Polymerase Chain Reaction).
  • Radioaktyvieji žymenys ir cheminės analizės, kurios leidžia matuoti mikrobų metabolinį aktyvumą, be kita ko.

Sub-disciplinos

Mikrobų ekologija dažnai skirstoma į subdisciplinas, pavyzdžiui:

  • Genetiškai susijusių populiacijų autoekologija ar ekologija.
  • Mikrobinių ekosistemų ekologija, tirianti mikrobų bendruomenes tam tikroje ekosistemoje (sausumos, oro ar vandens).
  • Mikrobinė biogeocheminė ekologija, nagrinėjanti biogeocheminius procesus.
  • Ūkininko ir mikroorganizmų santykių ekologija.
  • Mikrobų ekologija taikoma aplinkos užteršimo problemoms ir ekologinės pusiausvyros atkūrimui tarpinėse sistemose.

Studijų sritys

Tarp mikrobų ekologijos studijų sričių jie yra:

  • Mikrobų evoliucija ir jos fiziologinė įvairovė, atsižvelgiant į tris gyvenimo sritis; Bakterijos, Archaea ir Eucaria.
  • Mikrobinių filogenetinių santykių rekonstrukcija.
  • Mikroorganizmų skaičiaus, biomasės ir aktyvumo kiekybiniai matavimai jų aplinkoje (įskaitant netinkamus auginti).
  • Teigiamos ir neigiamos sąveikos mikrobų populiacijoje.
  • Įvairių mikroorganizmų populiacijų sąveika (neutralizmas, komenalizmas, sinergizmas, abipusiškumas, konkurencija, amensalizmas, parazitizmas ir plėšrūnas).
  • Mikroorganizmų ir augalų sąveika: rizosferoje (su azoto fiksavimo mikroorganizmais ir mikorizos grybais) ir augalų ore..
  • Fitopatogenai; bakterijų, grybų ir virusų.
  • Mikroorganizmų ir gyvūnų sąveika (abipusė ir žarnyno žarnyno simbiozė, plėšimas, be kita ko).
  • Mikrobų bendruomenių sudėtis, veikimo ir paveldėjimo procesai.
  • Mikrobinės adaptacijos ekstremalioms aplinkos sąlygoms (ekstremofilių mikroorganizmų tyrimas).
  • Mikrobų buveinių tipai (atmosekosfera, hidroekosfera, litofosfera ir ekstremalios buveinės).
  • Biogeocheminiai ciklai, veikiami mikrobų bendruomenių (anglies, vandenilio, deguonies, azoto, sieros, fosforo, geležies, be kita ko).
  • Įvairūs biotechnologiniai taikymai aplinkosaugos ir ekonominių interesų srityse.

Programos

Mikroorganizmai yra būtini pasauliniuose procesuose, kurie leidžia išlaikyti aplinkos ir žmonių sveikatą. Be to, jie naudojami kaip pavyzdys tiriant daugybę gyventojų sąveikų (pvz., Plėšrūnas)..

Suprasti pagrindines mikroorganizmų ekologijas ir jų poveikį aplinkai, leido nustatyti biotechnologinius medžiagų apykaitos gebėjimus, taikomus įvairioms ekonominių interesų sritims. Kai kurios iš šių sričių yra paminėtos toliau:

  • Metalinių konstrukcijų (pvz., Vamzdynų, radioaktyviųjų atliekų konteinerių) korozinių biofilmų biologinio nuvertėjimo kontrolė.
  • Kenkėjų ir patogenų kontrolė.
  • Žemės ūkio dirvožemio atstatymas, kurį nulėmė pernelyg didelis išnaudojimas.
  • Kietųjų atliekų apdorojimas kompostuojant ir sąvartynuose.
  • Nuotekų biologinis apdorojimas nuotekų valymo sistemomis (pvz., Imobilizuotomis biofilmis).
  • Dirvožemio ir vandens, užteršto neorganinėmis medžiagomis (pvz., Sunkiaisiais metalais) arba ksenobiotikais (toksiški sintetiniai produktai, kurių nesukuria natūralūs biosintezės procesai), biologinis gydymas. Tarp šių ksenobiotinių junginių yra halogeno angliavandeniliai, nitroaromatikai, polichlorinti bifenilai, dioksinai, alkilbenzilsulfonatai, naftos angliavandeniliai ir pesticidai..
  • Mineralinių medžiagų biologinis išsiskyrimas biologiniu būdu (pvz., Auksas ir varis).
  • Biokuro (etanolio, metano, kitų angliavandenilių) ir mikrobų biomasės gamyba.

Nuorodos

  1. Kim, M-B. (2008). Aplinkos mikrobiologijos pažanga. Myung-Bo Kim redaktorius. pp 275.
  2. Madigan, M. T., Martinko, J. M., Benderio, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. ir Brock, T. (2015). Mikroorganizmų biologija. 14 red. Benjamin Cummings. p. 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Aplinkos mikrobiologija: nuo genomų iki biogeochemijos. Wiley-Blackwell. pp 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Aplinkos taršos kontrolės mikrobiologija. M. Dekker pp 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologija Penktasis leidimas, „McGraw-Hill Science / Engineering / Math“. pp 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Ekstremofilai kaip naujų fermentų šaltinis. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S. C. ir Jones, K.C. (1993). Bioremediacija dirvožemyje, užterštu branduoliniais aromatiniais angliavandeniliais (PAH): apžvalga. Aplinkos tarša, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.