История на микробната екология, обект на изследване и приложения



на микробна екология е дисциплина на микробиологията на околната среда, която възниква от прилагането на екологичните принципи в микробиологията (Mikros: малък, BIOS: живот, лого: проучване).

Тази дисциплина изследва разнообразието от микроорганизми (микроскопични едноклетъчни организми от 1 до 30 μm), връзките между тях с останалите живи същества и с околната среда.

Тъй като микроорганизмите представляват най-голямата земна биомаса, техните дейности и екологични функции дълбоко засягат всички екосистеми.

Ранната фотосинтетична активност на цианобактериите и последващото натрупване на кислород (O2) в примитивната атмосфера, представлява един от най-ясните примери за микробно влияние в еволюционната история на живота на планетата Земя.

Това, като се има предвид, че наличието на кислород в атмосферата, позволява появата и еволюцията на всички съществуващи аеробни форми на живот.

Микроорганизмите поддържат непрекъсната и съществена дейност за живота на Земята. Механизмите, които поддържат микробното разнообразие на биосферата, са в основата на динамиката на сухоземните, водните и въздушните екосистеми..

Предвид значението му, възможното изчезване на микробните общности (поради замърсяване на техните местообитания с промишлени токсични вещества) би генерирало изчезването на екосистемите, зависещи от техните функции..

индекс

  • 1 История на микробната екология
    • 1.1 Принципи на екологията
    • 1.2 Микробиология
    • 1.3 Микробна екология
  • 2 Методи в микробната екология
  • 3 Под-дисциплини
  • 4 Области на обучение
  • 5 Приложения
  • 6 Препратки

История на микробната екология

Принципи на екологията

През първата половина на 20-ти век са разработени принципите на общата екология, като се разглеждат изучаването на "висши" растения и животни в тяхната естествена среда..

Очевидно, микроорганизмите и техните екосистемни функции бяха игнорирани, въпреки голямото им значение в екологичната история на планетата, както защото представляват най-голямата земна биомаса, така и защото те са най-древните организми в еволюционната история на живота на Земята..

По това време само микроорганизми се считат за разградители, минерализатори на органични вещества и посредници в някои хранителни цикли..

микробиология

Смята се, че учените Луи Пастьор и Робърт Кох основават дисциплината микробиология, развивайки техниката на аксеновата микробна култура, която съдържа един клетъчен тип, потомък на една клетка..

В аксеновите култури обаче взаимодействията между микробни популации не могат да бъдат изследвани. Необходимо е да се разработят методики, които да позволят изследването на микробиологичните взаимодействия в техните естествени местообитания (същност на екологичните отношения)..

Първите микробиолози, които изследват взаимодействията между микроорганизмите в почвата и взаимодействията с растенията, са Серге Виноградски и Мартинус Бейеринк, докато повечето се фокусират върху изучаване на аксенни култури на микроорганизми, свързани с болести или ферментационни процеси от търговски интерес..

Виноградски и Бейеринк изучават по-специално микробните биотрансформации на неорганични азотни и серни съединения в почвата.

Микробна екология

В началото на 60-те години, в ерата на загриженост за качеството на околната среда и замърсяващото въздействие на промишлените дейности, микробната екология се очертава като дисциплина. Американският учен Томас Д. Брок е първият автор на текст по темата през 1966 година.

Но в края на 70-те години микробната екология се утвърждава като специализирана мултидисциплинарна област, тъй като зависи от други научни отрасли, като екология, клетъчна и молекулярна биология, биогеохимия и др..

Развитието на микробната екология е тясно свързано с методологичните постижения, които ни позволяват да изследваме взаимодействията между микроорганизмите и биотичните и абиотичните фактори на тяхната околна среда..

През 90-те години в изследването са включени и техники на молекулярната биология in situ на микробната екология, предлагайки възможността за проучване на огромното биоразнообразие, съществуващо в микробния свят, както и познаването на неговите метаболитни дейности в среда в екстремни условия.

Впоследствие технологията на рекомбинантна ДНК позволи да се постигне значителен напредък в елиминирането на замърсителите на околната среда, както и в контрола на вредители с търговско значение..

Методи в микробната екология

Сред методите, които са позволили изследването in situ микроорганизми и тяхната метаболитна активност, са:

  • Конфокална микроскопия с лазер.
  • Молекулярни инструменти като флуоресцентни генни проби, които са позволили изследването на сложни микробни общности.
  • Полимеразната верижна реакция или PCR (за акронима на английски: Polymerase Chain Reaction).
  • Радиоактивни маркери и химични анализи, които позволяват измерване на метаболитната активност на микробите, наред с други.

Subdisciplines

Микробната екология често се разделя на под-дисциплини, като:

  • Автоекологията или екологията на генетично свързани популации.
  • Екологията на микробните екосистеми, която изследва микробните съобщества в определена екосистема (наземни, въздушни или водни).
  • Микробната биогеохимична екология, която изучава биогеохимичните процеси.
  • Екология на отношенията между гостоприемника и микроорганизмите.
  • Микробната екология се прилага към проблемите на замърсяването на околната среда и възстановяването на екологичното равновесие в интервенционните системи.

Проучвателни области

Между областите на изследване на микробната екология, те са:

  • Микробна еволюция и нейното физиологично разнообразие, като се имат предвид трите сфери на живота; Бактерии, археи и Еукария.
  • Реконструкция на микробни филогенетични взаимоотношения.
  • Количествени измервания на броя, биомасата и активността на микроорганизмите в тяхната среда (включително необработваеми).
  • Положителни и отрицателни взаимодействия в рамките на микробна популация.
  • Взаимодействията между различни микробни популации (неутрализъм, комменсализъм, синергизъм, взаимност, конкуренция, амензализъм, паразитизъм и хищничество).
  • Взаимодействия между микроорганизми и растения: в ризосферата (с азотфиксиращи микроорганизми и микоризни гъби) и в растителни въздушни структури.
  • Фитопатогените; бактериални, гъбични и вирусни.
  • Взаимодействията между микроорганизми и животни (взаимна и комменсална чревна симбиоза, хищничество, между другото).
  • Състав, работа и последователни процеси в микробните общности.
  • Микробни адаптации към екстремни условия на околната среда (изследване на екстремофилни микроорганизми).
  • Видовете микробни местообитания (атмосферна, хидро-екосфера, лито-екосфера и екстремни местообитания).
  • Биогеохимичните цикли, повлияни от микробните общности (цикли на въглерод, водород, кислород, азот, сяра, фосфор, желязо и др.).
  • Разнообразни биотехнологични приложения в екологичните проблеми и икономически интерес.

приложения

Микроорганизмите са от съществено значение в глобалните процеси, които позволяват поддържането на околната среда и човешкото здраве. В допълнение, те служат като модел в изследването на многобройни взаимодействия на населението (напр. Хищничество).

Разбирането на фундаменталната екология на микроорганизмите и тяхното въздействие върху околната среда позволи да се идентифицират биотехнологичните метаболитни възможности, приложими в различни области от икономически интерес. Някои от тези области са споменати по-долу:

  • Контрол на биоразграждането от корозивни биофилми на метални структури (като тръбопроводи, контейнери за радиоактивни отпадъци, между другото).
  • Контрол на вредители и патогени.
  • Възстановяване на земеделски почви, деградирани чрез прекомерна експлоатация.
  • Биообработване на твърди отпадъци при компостиране и депониране.
  • Биообработка на отпадъчни води чрез системи за пречистване на отпадъчни води (например чрез обездвижени биофилми).
  • Биоремедиация на почви и води, замърсени с неорганични вещества (като тежки метали) или ксенобиотици (токсични синтетични продукти, които не се генерират от естествени биосинтетични процеси). Сред тези ксенобиотични съединения са халокарбони, нитроароматични, полихлорирани бифенили, диоксини, алкилбензилсулфонати, петролни въглеводороди и пестициди..
  • Биоремедиация на минерали чрез биоизвличане (например злато и мед).
  • Производство на биогорива (етанол, метан, наред с други въглеводороди) и микробна биомаса.

препратки

  1. Ким, М-Б. (2008 г.). Напредък в микробиологията на околната среда. Myung-Bo Kim Редактор. стр. 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. and Brock, T. (2015). Брокова биология на микроорганизмите. 14 изд. Бенджамин Къмингс. 1041.
  3. Madsen, E.L. (2008). Микробиология на околната среда: от геноми до биогеохимия. Wiley-Blackwell. 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Микробиология на контрола на замърсяването на околната среда. M. Dekker 453.
  5. Прескот, Л. М. (2002). Микробиология. Пето издание, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Екстремофили като източник на нови ензими. Текущо становище в Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C., и Jones, K.C. (1993). Биоремедиация на почвата, замърсена с полиядрени ароматни въглеводороди (ПАВ): Преглед. Замърсяване на околната среда, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.