Историја микробне екологије, предмет студије и апликације



Тхе микробна екологија је дисциплина микробиологије околиша која произлази из примјене еколошких принципа у микробиологији (микрос: смалл, биос: лифе, логос: студија).

Ова дисциплина проучава разноликост микроорганизама (микроскопски једноћелијски организми од 1 до 30 μм), односе између њих са остатком живих бића и околином.

Пошто микроорганизми представљају највећу копнену биомасу, њихове активности и еколошке функције дубоко утичу на све екосистеме.

Рана фотосинтетска активност цијанобактерија и последична акумулација кисеоника (О2) у примитивној атмосфери, представља један од најјаснијих примера микробног утицаја у еволуцијској историји живота на планети Земљи.

Ово, имајући у виду присуство кисеоника у атмосфери, омогућило је појаву и еволуцију свих постојећих облика аеробног живота.

Микроорганизми одржавају континуирану и есенцијалну активност за живот на Земљи. Механизми који одржавају микробну разноликост биосфере су основа динамике копнених, водених и ваздушних екосистема..

С обзиром на његов значај, могуће изумирање микробних заједница (због контаминације њихових станишта индустријским токсичним супстанцама), створило би нестанак екосистема зависно од њихових функција.

Индек

  • 1 Историја микробне екологије
    • 1.1 Принципи екологије
    • 1.2 Микробиологија
    • 1.3 Микробна екологија
  • 2 Методе у микробној екологији
  • 3 Суб-дисциплине
  • 4 Области проучавања
  • 5 Апплицатионс
  • 6 Референце

Историја микробне екологије

Принципи екологије

У првој половини 20. века развијени су принципи опште екологије, с обзиром на проучавање "супериорних" биљака и животиња у њиховом природном окружењу..

Очигледно је да су микроорганизми и њихове екосистемске функције игнорисани, упркос њиховом великом значају у еколошкој историји планете, и зато што представљају највећу копнену биомасу, и зато што су они најстарији организми у еволуцијској историји живота на Земљи..

Тада су се само микроорганизми сматрали деградерима, минерализаторима органске материје и посредницима у неким хранљивим циклусима.

Микробиологија

Сматра се да су научници Лоуис Пастеур и Роберт Коцх основали дисциплину микробиологије, развијајући технику аксенске микробне културе, која садржи један тип ћелије, потомак једне ћелије.

Међутим, у аксенским културама интеракције између микробних популација нису могле бити проучаване. Било је потребно развити методе које су омогућиле проучавање микробних биолошких интеракција у њиховим природним стаништима (суштина еколошких односа).

Први микробиолози који су испитивали интеракције микроорганизама у земљишту и интеракције са биљкама били су Сергеи Виноградски и Мартинус Беијеринцк, док се већина фокусирала на проучавање аксенских култура микроорганизама везаних за болести или ферментационе процесе комерцијалног интереса..

Виноградски и Беијеринцк посебно су проучавали микробне биотрансформације неорганских једињења азота и сумпора у земљишту.

Микробна екологија

Почетком шездесетих година, у доба бриге за квалитет животне средине и загађујућег утицаја индустријских активности, микробна екологија се појавила као дисциплина. Амерички научник Тхомас Д. Броцк био је први аутор текста на ту тему 1966. године.

Међутим, крајем седамдесетих година прошлог века микробна екологија је консолидована као специјализована мултидисциплинарна област, јер зависи од других научних грана, као што су екологија, ћелијска и молекуларна биологија, биогеокемија, између осталих..

Развој микробне екологије уско је повезан са методолошким достигнућима која нам омогућавају да проучавамо интеракције између микроорганизама и биотичких и абиотичких фактора њихове средине..

Деведесетих година прошлог века технике молекуларне биологије су укључене у студију ин ситу микробне екологије, нудећи могућност истраживања огромне биолошке разноликости која постоји у микробиолошком свету и такође знајући њене метаболичке активности у окружењима у екстремним условима.

Након тога, технологија рекомбинантне ДНК омогућила је значајан напредак у елиминацији загађивача животне средине, као иу контроли штеточина комерцијалне важности.

Методе у микробној екологији

Међу методама које су омогућиле студију ин ситу микроорганизама и њихова метаболичка активност су:

  • Конфокална микроскопија са ласером.
  • Молекуларни алати као што су флуоресцентне генске пробе, које су омогућиле проучавање сложених микробних заједница.
  • Ланчана реакција полимеразе или ПЦР (за акроним на енглеском језику: Полимерасе Цхаин Реацтион).
  • Радиоактивни маркери и хемијске анализе, које између осталог омогућавају мерење метаболичке активности микроба.

Суб-дисциплине

Микробна екологија се често дијели на субдисциплине, као што су:

  • Аутоекологија или екологија генетски повезаних популација.
  • Екологија микробних екосистема, која проучава микробне заједнице у одређеном екосистему (земаљске, ваздушне или водене).
  • Микробна биогеокемијска екологија, која проучава биогеокемијске процесе.
  • Екологија односа између домаћина и микроорганизама.
  • Микробна екологија се примењује на проблеме загађења животне средине и на враћање еколошке равнотеже у интервенисаним системима.

Студијска подручја

Између области проучавања микробне екологије оне су:

  • Микробна еволуција и њена физиолошка разноликост, узимајући у обзир три домена живота; Бактерије, Арцхаеа и Еуцариа.
  • Реконструкција микробиолошких односа.
  • Квантитативна мјерења броја, биомасе и активности микроорганизама у њиховој околини (укључујући оне који се не обрађују).
  • Позитивне и негативне интеракције унутар микробне популације.
  • Интеракције између различитих микробних популација (неутрализам, комензализам, синергизам, узајамност, конкуренција, амензализам, паразитизам и предаторство).
  • Интеракције између микроорганизама и биљака: у ризосфери (са микроорганизмима за фиксирање азота и микоризним гљивама), иу биљним ваздушним структурама.
  • Тхе пхитопатхогенс; бактеријске, гљивичне и вирусне.
  • Интеракције између микроорганизама и животиња (заједничка и комензална интестинална симбиоза, предација, између осталих).
  • Састав, рад и процес сукцесије у микробним заједницама.
  • Микробне адаптације на екстремне услове околине (проучавање екстремофилних микроорганизама).
  • Типови микробних станишта (атома-екосфера, хидроекосфера, литокасфера и екстремна станишта).
  • Биогеокемијски циклуси под утицајем микробних заједница (циклуси угљеника, водоника, кисеоника, азота, сумпора, фосфора, гвожђа, између осталих).
  • Различите биотехнолошке примјене у еколошким проблемима и економском интересу.

Апплицатионс

Микроорганизми су неопходни у глобалним процесима који омогућавају одржавање здравља људи и животне средине. Поред тога, они служе као модел у проучавању бројних интеракција популације (нпр. Предација).

Разумевање фундаменталне екологије микроорганизама и њиховог утицаја на животну средину омогућило је идентификацију биотехнолошких метаболичких капацитета применљивих у различитим областима економског интереса. Неке од ових области су наведене у наставку:

  • Контрола биоразградивости корозивним биофилмовима металних структура (као што су цевоводи, контејнери за радиоактивни отпад, између осталог).
  • Контрола штеточина и патогена.
  • Обнова пољопривредних земљишта деградираних прекомјерном експлоатацијом.
  • Биотретирање чврстог отпада у компостирању и депонијама.
  • Биотретирање ефлуената, кроз системе за пречишћавање отпадних вода (на пример, путем имобилизованих биофилма).
  • Биоремедијација земљишта и вода контаминираних неорганским супстанцама (као што су тешки метали), или ксенобиотици (токсични синтетички производи, који нису генерисани природним биосинтетским процесима). Међу тим ксенобиотским једињењима су халокарбонати, нитроаромати, поликлорирани бифенили, диоксини, алкилбензил сулфонати, нафтни угљоводоници и пестициди..
  • Биоремедијација минерала путем био-излучивања (нпр. Злато и бакар).
  • Производња биогорива (етанол, метан, међу осталим угљоводоницима) и микробна биомаса.

Референце

  1. Ким, М-Б. (2008). Напредак у микробиологији животне средине. Миунг-Бо Ким Едитор. стр. 275.
  2. Мадиган, М.Т., Мартинко, Ј.М., Бендер, К.С., Буцклеи, Д.Х. Стахл, Д.А. анд Броцк, Т. (2015). Броцкова биологија микроорганизама. 14 ед. Бењамин Цуммингс. пп 1041.
  3. Мадсен, Е.Л. (2008). Микробиологија животне средине: од генома до биогеокемије. Вилеи-Блацквелл. пп 490.
  4. МцКиннеи, Р. Е. (2004). Микробиологија контроле загађења животне средине. М. Деккер пп 453.
  5. Пресцотт, Л. М. (2002). Микробиологија Пето издање, МцГрав-Хилл Сциенце / Енгинееринг / Матх. пп 1147.
  6. Ван ден Бург, Б. (2003). Екстремофили као извор нових ензима. Цуррент Опинион ин Мицробиологи, 6 (3), 213-218. дои: 10.1016 / с1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Вилсон, С.Ц., и Јонес, К.Ц. (1993). Биоремедијација земљишта контаминираног полинуклеарним ароматичним угљоводоницима (ПАХ): Преглед. Енвиронментал Поллутион, 81 (3), 229-249. дои: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.