История микробной экологии, объект исследования и приложения



микробная экология является дисциплиной экологической микробиологии, которая возникает в результате применения экологических принципов в микробиологии (Mikros: маленький, BIOS: жизнь, логотипы: исследование).

Эта дисциплина изучает разнообразие микроорганизмов (микроскопических одноклеточных организмов от 1 до 30 мкм), их взаимосвязь с остальными живыми существами и с окружающей средой..

Поскольку микроорганизмы представляют наибольшую наземную биомассу, их деятельность и экологические функции оказывают глубокое воздействие на все экосистемы..

Ранняя фотосинтетическая активность цианобактерий и последующее накопление кислорода (O2) в первозданной атмосфере, представляет собой один из самых ярких примеров микробного влияния в эволюционной истории жизни на планете Земля.

Это, учитывая, что присутствие кислорода в атмосфере, позволило появление и развитие всех существующих аэробных форм жизни.

Микроорганизмы поддерживают непрерывную и важную деятельность для жизни на Земле. Механизмы, которые поддерживают микробное разнообразие биосферы, являются основой динамики наземных, водных и воздушных экосистем..

Учитывая его важность, возможное исчезновение микробных сообществ (из-за загрязнения их мест обитания промышленными токсичными веществами) приведет к исчезновению экосистем в зависимости от их функций..

индекс

  • 1 История микробной экологии
    • 1.1 Принципы экологии
    • 1.2 Микробиология
    • 1.3 Микробная экология
  • 2 Методы в микробной экологии
  • 3 под-дисциплины
  • 4 Области обучения
  • 5 приложений
  • 6 Ссылки

История микробной экологии

Принципы экологии

В первой половине 20-го века принципы общей экологии были разработаны с учетом изучения "превосходных" растений и животных в их естественной среде.

Очевидно, что микроорганизмы и их экосистемные функции были проигнорированы, несмотря на их большое значение в экологической истории планеты, поскольку они представляют самую большую наземную биомассу и потому, что они являются самыми древними организмами в эволюционной истории жизни на Земле..

В то время только микроорганизмы считались разлагающими, минерализаторами органического вещества и посредниками в некоторых циклах питания..

микробиология

Считается, что ученые Луи Пастер и Роберт Кох основали дисциплину микробиологии, разработав методику аксеновой микробной культуры, которая содержит один тип клеток, потомок одной клетки.

Однако в аксеновых культурах взаимодействия между микробными популяциями не могли быть изучены. Необходима разработка методов, позволяющих изучать микробные биологические взаимодействия в их естественной среде обитания (сущность экологических отношений)..

Первыми микробиологами, которые исследовали взаимодействия между микроорганизмами в почве и взаимодействиями с растениями, были Сергей Виноградский и Мартинус Бейеринк, в то время как большинство сосредоточилось на изучении аксенных культур микроорганизмов, связанных с болезнями или процессами ферментации, представляющими коммерческий интерес..

Виноградский и Бейеринк изучали, в частности, микробные биотрансформации неорганических соединений азота и серы в почве..

Микробная экология

В начале 1960-х годов, в эпоху заботы о качестве окружающей среды и о вредном воздействии промышленной деятельности, микробная экология стала дисциплиной. Американский ученый Томас Д. Брок был первым автором текста на эту тему в 1966 году..

Однако в конце 1970-х годов микробная экология была консолидирована как специализированная междисциплинарная область, поскольку она зависит от других научных отраслей, таких как экология, клеточная и молекулярная биология, биогеохимия и другие..

Развитие микробной экологии тесно связано с методологическими достижениями, которые позволяют нам изучать взаимодействие между микроорганизмами и биотическими и абиотическими факторами их окружающей среды..

В 1990-х годах в исследование были включены методы молекулярной биологии, в том числе на месте микробной экологии, предлагая возможность изучения огромного биологического разнообразия, существующего в микробном мире, а также знания его метаболической активности в окружающей среде в экстремальных условиях.

Впоследствии технология рекомбинантной ДНК позволила добиться значительных успехов в устранении загрязнителей окружающей среды, а также в борьбе с вредителями, имеющими коммерческое значение..

Методы в микробной экологии

Среди методов, которые позволили исследование на месте К микроорганизмам и их метаболической активности относятся:

  • Конфокальная микроскопия с лазером.
  • Молекулярные инструменты, такие как флуоресцентные генные зонды, которые позволили изучить сложные микробные сообщества.
  • Полимеразная цепная реакция или ПЦР (для аббревиатуры на английском языке: полимеразная цепная реакция).
  • Радиоактивные маркеры и химические анализы, которые, среди прочего, позволяют измерять микробную метаболическую активность.

Поддисциплин

Микробная экология часто делится на такие дисциплины, как:

  • Аутоэкология или экология генетически родственных популяций.
  • Экология микробных экосистем, которая изучает микробные сообщества в определенной экосистеме (наземной, воздушной или водной).
  • Микробная биогеохимическая экология, которая изучает биогеохимические процессы.
  • Экология отношений между хозяином и микроорганизмами.
  • Микробная экология применительно к проблемам загрязнения окружающей среды и восстановления экологического равновесия во внедренных системах.

Области исследования

Между областями изучения микробной экологии они:

  • Микробная эволюция и ее физиологическое разнообразие с учетом трех областей жизни; Бактерии, Археи и Эукария.
  • Реконструкция микробных филогенетических связей.
  • Количественные измерения количества, биомассы и активности микроорганизмов в их среде (в том числе некультивируемых).
  • Положительные и отрицательные взаимодействия в микробной популяции.
  • Взаимодействие между различными микробными популяциями (нейтрализм, комменсализм, синергизм, взаимность, конкуренция, аменсализм, паразитизм и хищничество).
  • Взаимодействие между микроорганизмами и растениями: в ризосфере (с азотфиксирующими микроорганизмами и микоризными грибами) и в надземных структурах растений.
  • Фитопатогены; бактериальные, грибковые и вирусные.
  • Взаимодействия между микроорганизмами и животными (взаимный и комменсальный кишечный симбиоз, хищничество и др.).
  • Состав, функционирование и процессы сукцессии в микробных сообществах.
  • Микробная адаптация к экстремальным условиям окружающей среды (изучение экстремофильных микроорганизмов).
  • Типы микробных местообитаний (атмоэкосфера, гидроэкосфера, литоэкосфера и экстремальные места обитания).
  • На биогеохимические циклы влияют микробные сообщества (циклы углерода, водорода, кислорода, азота, серы, фосфора, железа и др.).
  • Разнообразные биотехнологические применения в экологических проблемах и экономических интересах.

приложений

Микроорганизмы играют важную роль в глобальных процессах, которые позволяют поддерживать окружающую среду и здоровье человека. Кроме того, они служат моделью при изучении многочисленных популяционных взаимодействий (например, хищничество).

Понимание фундаментальной экологии микроорганизмов и их влияния на окружающую среду позволило выявить биотехнологические метаболические возможности, применимые к различным областям, представляющим экономический интерес. Некоторые из этих областей упомянуты ниже:

  • Контроль биоповреждений коррозионными биопленками металлических конструкций (например, трубопроводов, контейнеров с радиоактивными отходами).
  • Борьба с вредителями и патогенами.
  • Восстановление сельскохозяйственных почв, деградировавших в результате чрезмерной эксплуатации.
  • Биологическая обработка твердых отходов при компостировании и захоронении.
  • Биологическая очистка сточных вод через системы очистки сточных вод (например, через иммобилизованные биопленки).
  • Биоремедиация почв и воды, загрязненной неорганическими веществами (такими как тяжелые металлы) или ксенобиотиками (токсичные синтетические продукты, не вырабатываемые естественными процессами биосинтеза). К таким ксенобиотическим соединениям относятся галогенуглеводороды, нитроароматические соединения, полихлорированные дифенилы, диоксины, алкилбензилсульфонаты, нефтяные углеводороды и пестициды..
  • Биоремедиация минералов путем биологического выщелачивания (например, золота и меди).
  • Производство биотоплива (этанол, метан, среди прочих углеводородов) и микробной биомассы.

ссылки

  1. Ким, М-Б. (2008). Прогресс в экологической микробиологии. Мен-Бо Ким Редактор. с. 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. and Brock, T. (2015). Брок биологии микроорганизмов. 14 изд. Бенджамин Каммингс. с. 1041.
  3. Madsen, E.L. (2008). Микробиология окружающей среды: от геномов к биогеохимии. Wiley-Blackwell. с. 490.
  4. McKinney, R.E. (2004). Микробиология контроля загрязнения окружающей среды. М. Деккер стр. 453.
  5. Прескотт, Л. М. (2002). Микробиология. Пятое издание, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. с. 1147.
  6. Ван ден Бург, Б. (2003). Экстремофилы как источник новых ферментов. Текущее мнение в микробиологии, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson S.C. и Jones K.C. (1993). Биоремедиация почвы, загрязненной многоядерными ароматическими углеводородами (ПАУ): обзор. Загрязнение окружающей среды, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.