Історія мікробної екології, об'єкт дослідження та застосування



The мікробна екологія є дисципліною екологічної мікробіології, яка виникає внаслідок застосування екологічних принципів до мікробіології (мікрос: малий, bios: життя, логотипи: дослідження).

Ця дисципліна вивчає різноманітність мікроорганізмів (мікроскопічні одноклітинні організми від 1 до 30 мкм), взаємозв'язки між ними з рештою живих істот і з навколишнім середовищем..

Оскільки мікроорганізми являють собою найбільшу земну біомасу, їхня діяльність та екологічні функції глибоко впливають на всі екосистеми.

Рання фотосинтетична активність ціанобактерій і, як наслідок, накопичення кисню (O2) в примітивній атмосфері, являє собою один з найяскравіших прикладів мікробного впливу в еволюційній історії життя на планеті Земля.

Це, враховуючи те, що наявність кисню в атмосфері, допускало появу і еволюцію всіх існуючих аеробних форм життя.

Мікроорганізми підтримують безперервну і важливу діяльність для життя на Землі. Механізми, що підтримують мікробне різноманіття біосфери, є основою динаміки наземних, водних і повітряних екосистем..

Враховуючи його важливість, можливе вимирання мікробних спільнот (через забруднення їх середовищ існування промисловими токсичними речовинами) призведе до зникнення екосистем, що залежать від їх функцій.

Індекс

  • 1 Історія мікробної екології
    • 1.1 Принципи екології
    • 1.2 Мікробіологія
    • 1.3 Мікробна екологія
  • 2 Методи мікробної екології
  • 3 Суб-дисципліни
  • 4 Напрямки дослідження
  • 5 Програми
  • 6 Посилання

Історія мікробної екології

Принципи екології

У першій половині ХХ століття були розроблені принципи загальної екології з урахуванням вивчення "вищих" рослин і тварин у їх природному середовищі..

Очевидно, що мікроорганізми та їхні екосистемні функції були проігноровані, незважаючи на їх велике значення в екологічній історії планети, тому що вони являють собою найбільшу земну біомасу і тому що вони є найдавнішими організмами в еволюційній історії життя на Землі..

У той час як деградаторів, мінералізаторів органічних речовин і посередників в деяких циклах поживних речовин розглядалися лише мікроорганізми..

Мікробіологія

Вважається, що вчені Луї Пастер і Роберт Кох заснували дисципліну мікробіології, розробляючи техніку аксеновой мікробної культури, яка містить один тип клітин, нащадок однієї клітини.

Однак у аксенових культурах взаємодії між мікробними популяціями не можна було вивчити. Потрібно було розробити методи, які дозволили вивчити мікробіологічні біологічні взаємодії в їх природному середовищі існування (сутність екологічних відносин).

Першими мікробіологами для вивчення взаємодій між мікроорганізмами в ґрунті та взаємодією з рослинами були Сергей Виноградський і Мартінус Бейєрінк, а більшість зосереджувалося на вивченні аксенних культур мікроорганізмів, пов'язаних із захворюваннями або ферментаційними процесами комерційного інтересу..

Виноградський та Бейєрінк вивчали, зокрема, мікробні біотрансформації неорганічних сполук азоту та сірки в ґрунті.

Мікробна екологія

На початку 1960-х років, в епоху занепокоєння якістю навколишнього середовища та забруднюючим впливом промислової діяльності, мікробна екологія стала дисципліною. Американський вчений Томас Д. Брок був першим автором тексту на цю тему в 1966 році.

Однак наприкінці 1970-х років мікробна екологія була закріплена як спеціалізована мультидисциплінарна область, оскільки вона залежить від інших галузей науки, таких як екологія, клітинна і молекулярна біологія, біогеохімія та інші..

Розвиток мікробної екології тісно пов'язаний з методологічними досягненнями, які дозволяють вивчати взаємодії між мікроорганізмами та біотичними та абіотичними факторами їхнього середовища..

У 1990-ті роки в дослідження були включені методи молекулярної біології in situ мікробної екології, пропонуючи можливість вивчення величезного біорізноманіття, що існує в мікробному світі, а також знання його метаболічної діяльності в середовищі в екстремальних умовах.

Згодом технологія рекомбінантної ДНК дозволила досягти значних успіхів у ліквідації забруднювачів навколишнього середовища, а також у боротьбі з шкідливими комахами.

Методи мікробної екології

Серед методів, які дозволили вивчити in situ мікроорганізмів та їх метаболічна активність:

  • Конфокальна мікроскопія з лазером.
  • Молекулярні інструменти, такі як флуоресцентні зонди гена, які дозволили вивчити складні мікробні спільноти.
  • Реакція полімеразної ланцюга або ПЛР (для її скорочення на англійській мові: Polymerase Chain Reaction).
  • Радіоактивні маркери та хімічні аналізи, які дозволяють вимірювати мікробну метаболічну активність серед інших.

Під-дисципліни

Мікробна екологія часто ділиться на суб-дисципліни, такі як:

  • Автоекологія або екологія генетично пов'язаних популяцій.
  • Екологія мікробних екосистем, яка вивчає мікробні спільноти в певній екосистемі (наземна, повітряна або водна).
  • Мікробна біогеохімічна екологія, яка вивчає біогеохімічні процеси.
  • Екологія відносин між господарем і мікроорганізмами.
  • Мікробіологічна екологія застосовується до проблем забруднення навколишнього середовища та відновлення екологічної рівноваги в інтервенційних системах.

Навчальні райони

Між сферами вивчення мікробної екології вони є:

  • Мікробна еволюція та її фізіологічна різноманітність, враховуючи три сфери життя; Бактерії, археї та Евкарія.
  • Реконструкція мікробних філогенетичних зв'язків.
  • Кількісні вимірювання кількості, біомаси та активності мікроорганізмів у їхньому середовищі (у тому числі некультурних).
  • Позитивні та негативні взаємодії в мікробній популяції.
  • Взаємодія між різними мікробними популяціями (нейтралізм, комменсалізм, синергізм, взаємність, конкуренція, аменсалізм, паразитизм і хижацтво).
  • Взаємодія між мікроорганізмами та рослинами: у ризосфері (з азотфіксуючими мікроорганізмами та мікоризними грибами), а також у повітряних структурах рослин.
  • Фітопатогени; бактеріальні, грибкові та вірусні.
  • Взаємодія між мікроорганізмами і тваринами (взаємний і комменсальний кишковий симбіоз, хижацтво, серед інших).
  • Склад, операції та сукцесійні процеси в мікробних спільнотах.
  • Мікробні адаптації до екстремальних умов навколишнього середовища (дослідження екстремофільних мікроорганізмів).
  • Типи мікробних середовищ існування (атмосферна, гідро-екосфера, літо-екосфера та екстремальні місця проживання) \ t.
  • На біогеохімічні цикли, на які впливають мікробні спільноти (цикли вуглецю, водню, кисню, азоту, сірки, фосфору, заліза).
  • Різноманітні біотехнологічні застосування в екологічних проблемах та економічний інтерес.

Програми

Мікроорганізми мають важливе значення в глобальних процесах, що дозволяють підтримувати навколишнє середовище і здоров'я людини. Крім того, вони слугують моделлю при вивченні численних взаємодій населення (наприклад, хижацтва).

Розуміння фундаментальної екології мікроорганізмів та їх вплив на навколишнє середовище дозволило виявити біотехнологічні метаболічні потужності, що застосовуються в різних галузях економічного інтересу. Деякі з цих областей вказані нижче:

  • Контроль біопошкоджень корозійними біоплівками металевих конструкцій (таких як трубопроводи, контейнери для радіоактивних відходів).
  • Контроль шкідників і патогенів.
  • Відновлення сільськогосподарських ґрунтів, деградованих за рахунок експлуатації.
  • Біотерапія твердих відходів у компостуванні та полігонах.
  • Біотерапія стічних вод, через системи очищення стічних вод (наприклад, через іммобілізовані біоплівки).
  • Біоремедіація ґрунтів і води, забруднених неорганічними речовинами (наприклад, важкими металами), або ксенобіотиками (токсичні синтетичні продукти, що не утворюються природними біосинтетичними процесами). Серед цих ксенобіотичних сполук є галогенуглеводороди, нітроароматичні сполуки, поліхлоровані біфеніли, діоксини, алкилбензилсульфонати, нафтові вуглеводні та пестициди..
  • Біоремедіація мінералів за допомогою біовиділення (наприклад, золота і міді).
  • Виробництво біопалива (етанол, метан, серед інших вуглеводнів) та мікробна біомаса.

Список літератури

  1. Кім, М-Б. (2008). Прогрес в екологічній мікробіології. Мен-Бо Кім Редактор. 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. and Brock, T. (2015). Брокова біологія мікроорганізмів. 14 изд. Бенджамін Каммінгс. 1041.
  3. Madsen, E.L. (2008). Екологічна мікробіологія: від геномів до біогеохімії. Wiley-Blackwell. 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Мікробіологія контролю забруднення навколишнього середовища. М. Деккер 453.
  5. Прескотт, Л. М. (2002). Мікробіологія П'яте видання, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Екстремофіли як джерело для нових ферментів. Поточна думка в мікробіології, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C., і Jones, K.C. (1993). Біоремедіація грунтів, забруднених поліядерними ароматичними вуглеводнями (ПАУ): Огляд. Забруднення навколишнього середовища, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.