Mikrobiell ekologihistoria, studieobjekt och tillämpningar

De mikrobiell ekologi är en disciplin av miljömikrobiologi som uppstår genom tillämpning av ekologiska principer på mikrobiologi (mikros: liten, bios: livstid, logotyper: studie).

Denna disciplin studerar mångfalden av mikroorganismer (mikroskopiska encelliga organismer från 1 till 30 µm), förhållandet mellan dem med resten av levande varelser och med miljön.

Eftersom mikroorganismer representerar den största markbiomassan påverkar deras ekologiska aktiviteter och funktioner djupt alla ekosystem..

Den tidiga fotosyntesaktiviteten hos cyanobakterier och den därav följande ackumuleringen av syre (O_två) i den primitiva atmosfären, representerar ett av de tydligaste exemplen på mikrobiellt inflytande i livets evolutionära historia på planeten Jorden.

Detta med tanke på att närvaron av syre i atmosfären tillät uppkomsten och utvecklingen av alla befintliga aeroba livsformer..

Mikroorganismer upprätthåller en kontinuerlig och väsentlig aktivitet för livet på jorden. Mekanismerna som upprätthåller den mikrobiella mångfalden i biosfären är grunden för dynamiken i terrestriska, akvatiska och luftiga ekosystem..

Med tanke på dess betydelse skulle den möjliga utrotningen av mikrobiella samhällen (på grund av förorening av deras livsmiljöer med industriella giftiga ämnen) generera försvinnandet av ekosystem beroende på deras funktioner..

Artikelindex

• 1 Historia om mikrobiell ekologi
  • 1.1 Ekologiska principer
  • 1.2 Mikrobiologi
  • 1.3 Mikrobiell ekologi
• 2 Metoder inom mikrobiell ekologi
• 3 Underdiscipliner
• 4 Studieområden
• 5 applikationer
• 6 Referenser

Mikrobiell ekologis historia

Principer för ekologi

Under första hälften av 1900-talet utvecklades principerna för allmän ekologi med beaktande av studien av "högre" växter och djur i deras naturliga miljö..

Mikroorganismer och deras ekosystemfunktioner ignorerades sedan, trots deras stora betydelse i planetens ekologiska historia, både för att de representerar den största terrestriska biomassan och för att de är de äldsta organismerna i livets evolutionära historia på jorden..

Vid den tiden betraktades endast mikroorganismer som nedbrytare, mineraliserare av organiskt material och mellanhänder i vissa näringscykler..

Mikrobiologi

Det anses att forskarna Louis Pasteur och Robert Koch grundade mikrobiologins disciplin genom att utveckla tekniken för axenisk mikrobiell kultur, som innehåller en enda celltyp, som är ättling till en enda cell.

I axeniska kulturer kunde emellertid inte interaktioner mellan mikrobiella populationer studeras. Det var nödvändigt att utveckla metoder som möjliggjorde studier av mikrobiella biologiska interaktioner i deras naturliga livsmiljöer (essensen av ekologiska förhållanden).

De första mikrobiologerna som undersökte interaktioner mellan mikroorganismer i jorden och växelverkan med växter var Sergéi Winogradsky och Martinus Beijerinck, medan majoriteten fokuserade på att studera axeniska kulturer av mikroorganismer relaterade till sjukdomar eller fermenteringsprocesser av kommersiellt intresse..

Winogradsky och Beijerinck studerade särskilt de mikrobiella biotransformationerna av oorganiskt kväve och svavelföreningar i jorden..

Mikrobiell ekologi

I början av 1960-talet, under en tid med oro för miljökvaliteten och den förorenande effekten av industriell verksamhet, kom mikrobiell ekologi fram som en disciplin. Den amerikanska forskaren Thomas D. Brock var den första författaren till en text om ämnet 1966.

Det var dock i slutet av 1970-talet när mikrobiell ekologi konsoliderades som ett tvärvetenskapligt specialområde, eftersom det beror på andra vetenskapliga grenar, såsom ekologi, cellulär och molekylärbiologi, biogeokemi, bland andra..

Utvecklingen av mikrobiell ekologi är nära relaterad till metodologiska framsteg som gör det möjligt att studera interaktioner mellan mikroorganismer och biotiska och abiotiska faktorer i deras miljö..

På 1990-talet införlivades molekylärbiologiska tekniker i studien inklusive in situ mikrobiell ekologi, som erbjuder möjligheten att utforska den enorma biologiska mångfald som finns i den mikrobiella världen och också känna till dess metaboliska aktiviteter i miljöer under extrema förhållanden.

Därefter möjliggjorde rekombinant DNA-teknik viktiga framsteg inom eliminering av miljöföroreningar, liksom vid kontroll av kommersiellt viktiga skadedjur..

Metoder inom mikrobiell ekologi

Bland de metoder som har möjliggjort studien in situ av mikroorganismer och deras metaboliska aktivitet, är:

• Konfokal lasermikroskopi.
• Molekylära verktyg som fluorescerande genprober, som har gjort det möjligt att studera komplexa mikrobiella samhällen.
• Polymeraskedjereaktion (PCR).
• Radioaktiva markörer och kemiska analyser, som möjliggör mätning av bland annat mikrobiell metabolisk aktivitet.

Underdiscipliner

Mikrobiell ekologi är vanligtvis uppdelad i underdiscipliner, såsom:

• Autoekologi eller ekologi hos genetiskt besläktade populationer.
• Ekologin i mikrobiella ekosystem, som studerar de mikrobiella samhällena i ett visst ekosystem (mark, luft eller vatten).
• Mikrobiell biogeokemisk ekologi, som studerar biogeokemiska processer.
• Ekologi av värd-mikroorganismrelationer.
• Mikrobiell ekologi tillämpas på miljöföroreningar och vid återställande av ekologisk balans i ingripna system.

Studieområden

Bland områdena för mikrobiell ekologi finns:

• Mikrobiell utveckling och dess fysiologiska mångfald, med tanke på livets tre områden; Bakterier, Archea och Eucaria.
• Rekonstruktion av mikrobiella fylogenetiska förhållanden.
• Kvantitativa mätningar av antal, biomassa och aktivitet hos mikroorganismer i deras miljö (inklusive icke odlingsbara).
• Positiva och negativa interaktioner inom en mikrobiell population.
• Interaktioner mellan olika mikrobiella populationer (neutralism, kommensalism, synergism, mutualism, konkurrens, amensalism, parasitism och predation).
• Interaktioner mellan mikroorganismer och växter: i rhizosfären (med kvävefixerande mikroorganismer och mykorrhizasvampar) och i växtstrukturer.
• Fytopatogener; bakterie-, svamp- och viral.
• Interaktioner mellan mikroorganismer och djur (ömsesidig och kommensiell tarmsymbios, predation, bland andra).
• Sammansättningen, funktionen och processerna för arv i mikrobiella samhällen.
• Mikrobiella anpassningar till extrema miljöförhållanden (Studie av extremofila mikroorganismer).
• Typerna av mikrobiella livsmiljöer (atmosfär-ekosfär, hydroekosfär, lito-ekosfär och extrema livsmiljöer).
• Biogeokemiska cykler påverkade av mikrobiella samhällen (cykler av kol, väte, syre, kväve, svavel, fosfor, järn, bland andra).
• Olika biotekniska tillämpningar i miljöproblem och av ekonomiskt intresse.

Applikationer

Mikroorganismer är viktiga i de globala processerna som möjliggör upprätthållande av miljö och människors hälsa. Dessutom fungerar de som en modell i studien av många befolkningsinteraktioner (till exempel predation).

Förståelsen av mikroorganismernas grundläggande ekologi och deras effekter på miljön har gjort det möjligt att identifiera bioteknologisk metabolisk kapacitet som är tillämplig på olika områden av ekonomiskt intresse. Några av dessa områden nämns nedan:

• Kontroll av bioförstöring genom frätande biofilmer av metallstrukturer (t.ex. rörledningar, behållare för radioaktivt avfall).
• Bekämpning av skadedjur och patogener.
• Restaurering av jordbruksjord som bryts ned av överexploatering.
• Biobehandling av fast avfall vid kompostering och deponier.
• Biobehandling av avloppsvatten genom avloppsreningssystem (till exempel med immobiliserade biofilmer).
• Bioremediering av jord och vatten som är förorenat med oorganiska ämnen (såsom tungmetaller) eller xenobiotika (giftiga syntetiska produkter, som inte genereras av naturliga biosyntetiska processer). Dessa xenobiotiska föreningar innefattar halokarboner, nitroaromater, polyklorerade bifenyler, dioxiner, alkylbensylsulfonater, petroleumkolväten och bekämpningsmedel..

• Bioåtervinning av mineraler genom biolakning (till exempel guld och koppar).
• Produktion av biobränslen (etanol, metan, bland annat kolväten) och mikrobiell biomassa.

Referenser

1. Kim, M-B. (2008). Framsteg inom miljömikrobiologi. Myung-Bo Kim Redaktör. sid 275.
2. Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K.S., Buckley, D. H. Stahl, D. A. och Brock, T. (2015). Brockbiologi av mikroorganismer. 14 utgåva Benjamin Cummings. sid 1041.
3. Madsen, E. L. (2008). Miljömikrobiologi: Från genom till biogeokemi. Wiley-Blackwell. sid 490.
4. McKinney, R. E. (2004). Miljöföroreningskontroll mikrobiologi. M. Dekker. sid 453.
5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologi. Femte upplagan, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. sid 1147.
6. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles som en källa för nya enzymer. Aktuellt yttrande inom mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
7. Wilson, S. C. och Jones, K. C. (1993). Bioremediering av jord förorenad med polynukleära aromatiska kolväten (PAH): En översyn. Miljöförorening, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.