Mikroobide ökoloogia ajalugu, uuringu objekt ja rakendused



The mikroobide ökoloogia on keskkonna mikrobioloogia distsipliin, mis tuleneb ökoloogiliste põhimõtete rakendamisest mikrobioloogiale (mikros: väike, bios: elu, logod: uuring).

See distsipliin uurib mikroorganismide mitmekesisust (mikroskoopilised ühikulised organismid 1 kuni 30 μm), nende seoseid ülejäänud elusolenditega ja keskkonnaga..

Kuna mikroorganismid esindavad suurimat maapealset biomassi, mõjutavad nende tegevused ja ökoloogilised funktsioonid sügavalt kõiki ökosüsteeme.

Tsüanobakterite varajane fotosünteetiline aktiivsus ja sellest tulenev hapniku kogunemine (O2) primitiivses atmosfääris on üks selgemaid näiteid mikroobide mõjust elu planeedil Maa planeedil.

Arvestades, et hapniku olemasolu atmosfääris võimaldas kõigi olemasolevate aeroobsete eluvormide ilmumist ja arengut.

Mikroorganismid säilitavad pideva ja olulise tegevuse Maale. Mehhanismid, mis säilitavad biosfääri mikroobide mitmekesisuse, on maa-, vee- ja õhuökosüsteemide dünaamika alus..

Arvestades selle tähtsust, tekitaks mikroobide kogukondade võimalik väljasuremine (nende elupaikade saastumise tõttu tööstuslike toksiliste ainetega) ökosüsteemide kadumise sõltuvalt nende funktsioonidest..

Indeks

  • 1 Mikroobide ökoloogia ajalugu
    • 1.1 Ökoloogia põhimõtted
    • 1.2 Mikrobioloogia
    • 1.3 Mikroobide ökoloogia
  • 2 Meetodid mikroobide ökoloogias
  • 3 Alamvaldkonnad
  • 4 Õppevaldkonnad
  • 5 Rakendused
  • 6 Viited

Mikroobide ökoloogia ajalugu

Ökoloogia põhimõtted

20. sajandi esimesel poolel töötati välja üldise ökoloogia põhimõtted, võttes arvesse "paremate" taimede ja loomade uurimist nende looduskeskkonnas..

Loomulikult ignoreeriti mikroorganisme ja nende ökosüsteemseid funktsioone, hoolimata nende suurest tähtsusest planeedi ökoloogilises ajaloos, kuna nad esindavad suurimat maapealset biomassi ja nad on kõige vanemad organismid Maa evolutsiooni ajaloos..

Tol ajal peeti ainult mikroorganisme degradatsiooniks, orgaanilise aine mineraalaineriks ja vahendajateks mõnes toitainetsüklis.

Mikrobioloogia

Leitakse, et teadlased Louis Pasteur ja Robert Koch asutasid mikrobioloogia distsipliini, arendades aksensse mikroobikultuuri tehnikat, mis sisaldab ühe raku tüüpi, ühe raku järeltulijat.

Kuid akseenikultuurides ei olnud võimalik uurida mikroobide populatsioonide vahelisi koostoimeid. Vajalik oli selliste meetodite väljatöötamine, mis võimaldasid uurida mikroobseid bioloogilisi koostoimeid nende looduslikes elupaikades (ökoloogiliste suhete olemus)..

Esimesed mikrobioloogid, kes uurivad mulla mikroorganismide vahelisi koostoimeid ja koostoimeid taimedega, olid Sergéi Winogradsky ja Martinus Beijerinck, samas kui enamik keskendus mikroorganismide akseenikultuuride uurimisele, mis on seotud ärilist huvi pakkuvate haiguste või fermentatsiooniprotsessidega..

Winogradsky ja Beijerinck uurisid eelkõige anorgaanilise lämmastiku ja väävliühendite mikroobseid biotransformatsioone pinnases.

Mikroobide ökoloogia

1960. aastate alguses, kui muretseti keskkonnakvaliteedi ja tööstustegevuse saastava mõju pärast, tekkis distsipliinina mikroobide ökoloogia. Ameerika teadlane Thomas D. Brock oli 1966. aastal selle teema esimene autor.

Kuid 1970. aastate lõpus konsolideeriti mikroobide ökoloogia kui spetsialiseerunud multidistsiplinaarne valdkond, kuna see sõltub muust teadusvaldkonnast, nagu näiteks ökoloogia, raku- ja molekulaarbioloogia, biogeokeemia..

Mikroobide ökoloogia areng on tihedalt seotud metoodiliste edusammudega, mis võimaldavad uurida mikroorganismide ning nende keskkonna biotiliste ja abiootiliste tegurite vahelisi koostoimeid..

1990. aastatel kaasati uuringusse molekulaarbioloogia meetodid in situ mikroobide ökoloogia, pakkudes võimalust uurida mikrobioloogilises maailmas eksisteerivat suurt bioloogilist mitmekesisust ja teades ka selle ainevahetust äärmuslikes tingimustes..

Seejärel võimaldas rekombinantse DNA tehnoloogia olulisi edusamme keskkonna saasteainete kõrvaldamisel ning kaubandusliku tähtsusega kahjurite kontrollimisel..

Meetodid mikroobide ökoloogias

Uuringu võimaldanud meetodite hulgas in situ mikroorganismide ja nende metaboolse aktiivsuse \ t

  • Konfokaalne mikroskoopia laseriga.
  • Molekulaarsed tööriistad nagu fluorestseeruvad geeni sondid, mis on võimaldanud uurida keerulisi mikroobikooslusi.
  • Polümeraasi ahelreaktsioon või PCR (selle lühendina inglise keeles: Polymerase Chain Reaction).
  • Radioaktiivsed markerid ja keemilised analüüsid, mis võimaldavad mõõta mikroobide ainevahetuse aktiivsust.

Alamvaldkonnad

Mikroobide ökoloogia jaguneb sageli allharudeks, näiteks:

  • Geneetiliselt seotud populatsioonide autoekoloogia või ökoloogia.
  • Mikroobide ökosüsteemide ökoloogia, mis uurib mikroobseid kogukondi teatud ökosüsteemis (maismaa-, õhu- või veekeskkond).
  • Mikroobne biogeokeemiline ökoloogia, mis uurib biogeokeemilisi protsesse.
  • Peremehe ja mikroorganismide vaheliste suhete ökoloogia.
  • Mikroobide ökoloogiat rakendati keskkonnakaitse probleemidele ja sekkunud süsteemide ökoloogilise tasakaalu taastamisele.

Uuringualad

Mikrobioloogilise uuringu valdkondade vahel on need:

  • Mikroobide areng ja selle füsioloogiline mitmekesisus, arvestades kolme eluvaldkonda; Bakterid, Archaea ja Eucaria.
  • Mikroobide filogeneetiliste suhete rekonstrueerimine.
  • Mikroorganismide arvu, biomassi ja aktiivsuse kvantitatiivsed mõõtmised nende keskkonnas (sealhulgas mittekasutatavad).
  • Positiivsed ja negatiivsed koostoimed mikroobide populatsioonis.
  • Erinevate mikroobide populatsioonide (neutraalsus, kommertsialism, sünergism, vastastikune toime, konkurents, amensalism, parasiit ja röövimine) vahelised koostoimed.
  • Mikroorganismide ja taimede vahelised koostoimed: risosfääris (lämmastikuga seonduvate mikroorganismide ja mükoriisa seentega) ja taimede õhustruktuurides.
  • Fütopatogeenid; bakterite, seente ja viiruste suhtes.
  • Mikroorganismide ja loomade vahelised koostoimed (vastastikune ja kongensiaalne soole sümbioos, kisklus, muu hulgas).
  • Mikroobikogukondade koosseis, toimimine ja pärimisprotsessid.
  • Mikroobsed kohandused äärmuslikes keskkonnatingimustes (ekstremofiilsete mikroorganismide uurimine).
  • Mikroobide elupaigatüübid (atmo-ökosfäär, hüdroökosfäär, litofosfäär ja äärmuslikud elupaigad).
  • Mikroobikogukondade poolt mõjutatavad biogeokeemilised tsüklid (süsiniku, vesiniku, hapniku, lämmastiku, väävli, fosfori, raua, muu hulgas).
  • Mitmesugused biotehnoloogilised rakendused keskkonnaprobleemides ja majanduslikes huvides.

Rakendused

Mikroorganismid on olulised globaalsetes protsessides, mis võimaldavad säilitada keskkonna ja inimeste tervist. Lisaks on need eeskujuks arvukate elanikkonna interaktsioonide uurimisel (nt kiskumine)..

Mikroorganismide fundamentaalse ökoloogia mõistmine ja nende mõju keskkonnale on võimaldanud tuvastada biotehnoloogilisi ainevahetusvõimalusi, mis on kohaldatavad erinevatele majandushuvi pakkuvatele valdkondadele. Mõned neist valdkondadest on loetletud allpool:

  • Metallkonstruktsioonide (muu hulgas torujuhtmete, radioaktiivsete jäätmete konteinerite) korrosiivsete biofiltrite bioloogilise lagunemise kontrollimine.
  • Kahjurite ja patogeenide kontroll.
  • Põllumajandusliku pinnase taastamine, mis on halvenenud liigse ekspluateerimise tõttu.
  • Tahkete jäätmete biotöötlemine kompostimisel ja prügilates.
  • Heitvee biotöötlus reoveepuhastussüsteemide kaudu (näiteks immobiliseeritud biofilmi abil).
  • Anorgaaniliste ainetega (nt raskmetallidega) või ksenobiootikumidega (mürgised sünteetilised tooted, mida ei tekita looduslikud biosünteetilised protsessid) saastunud pinnase ja vee bioloogiline likvideerimine. Nende ksenobiootiliste ühendite hulka kuuluvad halogeenkarbonaadid, nitroaromaatsed ained, polüklooritud bifenüülid, dioksiinid, alküülbensüülsulfonaadid, naftagaasivedelikud ja pestitsiidid..
  • Mineraalide bioloogiline likvideerimine bioloogilise lahustumise teel (näiteks kuld ja vask).
  • Biokütuste (etanool, metaan, muu süsivesinike) ja mikroobide biomassi tootmine.

Viited

  1. Kim, M-B. (2008). Keskkonna mikrobioloogia edusammud. Myung-Bo Kim toimetaja. lk 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J. M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. ja Brock, T. (2015). Mikroorganismide bioloogiline bioloogia. 14 ed. Benjamin Cummings. lk 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Keskkonna mikrobioloogia: genoomidest kuni biogeokeemiani. Wiley-Blackwell. lk 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Keskkonna saastamise kontrolli mikrobioloogia. M. Dekker lk. 453.
  5. Prescott, L.M. (2002). Mikrobioloogia Viies väljaanne, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. lk 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Ekstremofiilid uudsete ensüümide allikana. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S. C. ja Jones, K. C. (1993). Polüukleaarsete aromaatsete süsivesinike (PAH) saastunud pinnase bioloogiline likvideerimine: ülevaade. Keskkonnareostus, 81 (3), 229-249. doi: 10,016 / 0269-7491 (93) 90206-4.