Povijest mikrobne ekologije, predmet istraživanja i primjene



mikrobna ekologija je disciplina mikrobiologije okoliša koja proizlazi iz primjene ekoloških načela u mikrobiologiji (mikros: small, bios: život, logotipi: studij).

Ova disciplina proučava raznolikost mikroorganizama (mikroskopski jednostanični organizmi od 1 do 30 μm), odnose između njih s ostatkom živih bića i okolinom.

Budući da mikroorganizmi predstavljaju najveću kopnenu biomasu, njihove aktivnosti i ekološke funkcije duboko utječu na sve ekosustave.

Rana fotosintetska aktivnost cijanobakterija i posljedično nakupljanje kisika (O2) u primitivnoj atmosferi, predstavlja jedan od najjasnijih primjera mikrobiološkog utjecaja u evolucijskoj povijesti života na planeti Zemlji.

To, s obzirom na prisustvo kisika u atmosferi, omogućilo je pojavu i evoluciju svih postojećih aerobnih oblika života.

Mikroorganizmi održavaju kontinuiranu i bitnu aktivnost za život na Zemlji. Mehanizmi koji održavaju mikrobnu raznolikost biosfere temelj su dinamike kopnenih, vodenih i zračnih ekosustava.

S obzirom na njegovu važnost, moguće izumiranje mikrobnih zajednica (zbog kontaminacije njihovih staništa industrijskim otrovnim tvarima), stvorilo bi nestanak ekosustava ovisnih o njihovim funkcijama.

indeks

  • 1 Povijest mikrobne ekologije
    • 1.1 Načela ekologije
    • 1.2 Mikrobiologija
    • 1.3 Mikrobna ekologija
  • 2 Metode u mikrobnoj ekologiji
  • 3 Poddiscipline
  • 4 Područja istraživanja
  • 5 Aplikacije
  • 6 Reference

Povijest mikrobne ekologije

Principi ekologije

U prvoj polovici 20. stoljeća razvijena su načela opće ekologije s obzirom na proučavanje "superiornih" biljaka i životinja u njihovom prirodnom okruženju..

Očito je da su mikroorganizmi i njihove ekosistemske funkcije ignorirani, unatoč njihovoj velikoj važnosti u ekološkoj povijesti planeta, i zato što predstavljaju najveću kopnenu biomasu, i zato što su najstariji organizmi u evolucijskoj povijesti života na Zemlji..

Tada su se samo mikroorganizmi smatrali degraderima, mineralima organske tvari i posrednicima u nekim ciklusima hranjivih tvari.

mikrobiologija

Smatra se da su znanstvenici Louis Pasteur i Robert Koch osnovali disciplinu mikrobiologije, razvijajući tehniku ​​aksenske mikrobne kulture, koja sadrži jedan tip stanice, potomak jedne stanice.

Međutim, u aksenskim kulturama interakcije između mikrobnih populacija nisu mogle biti proučavane. Bilo je potrebno razviti metode koje omogućuju proučavanje mikrobnih bioloških interakcija u njihovim prirodnim staništima (bit ekoloških odnosa).

Prvi mikrobiolozi koji su ispitivali interakcije mikroorganizama u tlu i interakcije s biljkama bili su Sergéi Winogradsky i Martinus Beijerinck, dok se većina usredotočila na proučavanje aksenskih kultura mikroorganizama vezanih uz bolesti ili fermentacijske procese od komercijalnog interesa..

Winogradsky i Beijerinck posebno su proučavali mikrobne biotransformacije anorganskih dušikovih i sumpornih spojeva u tlu.

Mikrobna ekologija

Početkom šezdesetih godina, u doba brige o kvaliteti okoliša i utjecaju industrijskih aktivnosti na zagađenje, mikrobna ekologija se pojavila kao disciplina. Američki znanstvenik Thomas D. Brock bio je prvi autor teksta na tu temu 1966. godine.

Međutim, krajem sedamdesetih godina prošlog stoljeća mikrobna ekologija je konsolidirana kao specijalizirano multidisciplinarno područje, jer ovisi o drugim znanstvenim granama, kao što su ekologija, stanična i molekularna biologija, biogeokemija, među ostalima..

Razvoj mikrobne ekologije usko je povezan s metodološkim dostignućima koja nam omogućuju da proučavamo interakcije između mikroorganizama i biotičkih i abiotičkih čimbenika njihove okoline..

Devedesetih godina prošlog stoljeća u studiju su uključene i tehnike molekularne biologije in situ mikrobne ekologije, nudeći mogućnost istraživanja ogromne biološke raznolikosti koja postoji u mikrobiološkom svijetu i također znajući njezine metaboličke aktivnosti u okruženjima u ekstremnim uvjetima.

Nakon toga, tehnologija rekombinantne DNA omogućila je važan napredak u eliminaciji zagađivača okoliša, kao iu kontroli štetočina komercijalne važnosti.

Metode u mikrobnoj ekologiji

Među metodama koje su dopustile proučavanje in situ mikroorganizama i njihova metabolička aktivnost su:

  • Konfokalna mikroskopija s laserom.
  • Molekularni alati kao što su fluorescentne genske probe, koji su omogućili proučavanje složenih mikrobnih zajednica.
  • Lančana reakcija polimeraze ili PCR (za akronim na engleskom jeziku: Polymerase Chain Reaction).
  • Radioaktivni biljezi i kemijske analize, između ostalog, omogućuju mjerenje metaboličke aktivnosti mikroba.

Subdisciplines

Mikrobna ekologija se često dijeli na subdiscipline, kao što su:

  • Autoekologija ili ekologija genetski povezanih populacija.
  • Ekologija mikrobnih ekosustava, koja proučava mikrobne zajednice u određenom ekosustavu (zemaljske, zračne ili vodene).
  • Mikrobna biogeokemijska ekologija koja proučava biogeokemijske procese.
  • Ekologija odnosa između domaćina i mikroorganizama.
  • Mikrobna ekologija primjenjena je na problemima onečišćenja okoliša i obnavljanju ekološke ravnoteže u interventnim sustavima.

Studijska područja

Između područja proučavanja mikrobne ekologije oni su:

  • Mikrobna evolucija i njezina fiziološka raznolikost, uzimajući u obzir tri domene života; Bakterije, Archaea i Eucaria.
  • Rekonstrukcija mikrobnih filogenetskih odnosa.
  • Kvantitativna mjerenja broja, biomase i aktivnosti mikroorganizama u njihovoj okolini (uključujući i one neobrađive).
  • Pozitivne i negativne interakcije unutar mikrobne populacije.
  • Interakcije između različitih mikrobnih populacija (neutralizam, komenzalizam, sinergizam, uzajamnost, konkurencija, amenzalizam, parazitizam i predator).
  • Interakcije mikroorganizama i biljaka: u rizosferi (s mikroorganizmima koji fiksiraju dušik i mikoriznim gljivama), te u biljnim zračnim strukturama.
  • Fitopatogeni; bakterijske, gljivične i virusne.
  • Interakcije između mikroorganizama i životinja (međusobna i komenzalna intestinalna simbioza, grabežljivost, između ostalih).
  • Sastav, rad i procesi sukcesije u mikrobnim zajednicama.
  • Mikrobne prilagodbe ekstremnim uvjetima okoline (proučavanje ekstremofilnih mikroorganizama).
  • Vrste mikrobioloških staništa (atoma-ekosfera, hidroekosfera, litoekosfera i ekstremna staništa).
  • Biogeokemijski ciklusi pod utjecajem mikrobnih zajednica (ciklusi ugljika, vodika, kisika, dušika, sumpora, fosfora, željeza, između ostalih).
  • Različite biotehnološke primjene u ekološkim problemima i gospodarskog interesa.

aplikacije

Mikroorganizmi su bitni u globalnim procesima koji omogućuju održavanje okoliša i ljudskog zdravlja. Osim toga, oni služe kao model u proučavanju brojnih interakcija populacije (npr. Predator).

Razumijevanje temeljne ekologije mikroorganizama i njihovih učinaka na okoliš omogućilo je identificiranje biotehnoloških metaboličkih kapaciteta primjenjivih na različita područja gospodarskog interesa. Neka od tih područja navedena su u nastavku:

  • Kontrola biorazgradivosti korozivnim biofilmima metalnih struktura (kao što su cjevovodi, spremnici za radioaktivni otpad, između ostalog).
  • Kontrola štetočina i patogena.
  • Obnova poljoprivrednih tala degradiranih prekomjernim iskorištavanjem.
  • Biološka obrada krutog otpada u kompostiranju i odlagalištima.
  • Biološka obrada otpadnih voda, kroz sustave za pročišćavanje otpadnih voda (na primjer, putem imobiliziranih biofilma).
  • Bioremedijacija tla i vode onečišćenih anorganskim tvarima (kao što su teški metali) ili ksenobiotika (toksični sintetski proizvodi, koji se ne stvaraju prirodnim biosintetskim procesima). Među tim ksenobiotskim spojevima su halokarbonati, nitroaromati, poliklorirani bifenili, dioksini, alkilbenzil sulfonati, naftni ugljikovodici i pesticidi..
  • Bioremedijacija minerala biološkim izlučivanjem (npr. Zlato i bakar).
  • Proizvodnja biogoriva (etanol, metan, među ostalim ugljikovodicima) i mikrobna biomasa.

reference

  1. Kim, M-B. (2008). Napredak u mikrobiologiji okoliša. Urednik Myung-Bo Kim. str. 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. and Brock, T. (2015). Brockova biologija mikroorganizama. 14 ed. Benjamin Cummings. str. 1041.
  3. Madsen, E.L. (2008). Mikrobiologija okoliša: od genoma do biogeokemije. Wiley-Blackwell. 490.
  4. McKinney, R.E. (2004). Mikrobiologija kontrole zagađenja okoliša. M. Dekker str. 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologija. Peto izdanje, McGraw-Hill znanost / inženjerstvo / matematika. str. 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Ekstremofili kao izvor novih enzima. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C., i Jones, K.C. (1993). Bioremedijacija tla kontaminiranog polinuklearnim aromatskim ugljikovodicima (PAH): pregled. Zagađenje okoliša, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.