Mikrobiel økologisk historie, genstand for undersøgelse og anvendelser

Det mikrobiel økologi er en disciplin af miljømikrobiologi, der stammer fra anvendelsen af ​​økologiske principper til mikrobiologi (mikros: lille, bios: livstid, logoer: undersøgelse).

Denne disciplin studerer mangfoldigheden af ​​mikroorganismer (mikroskopiske encellede organismer fra 1 til 30 µm), forholdet mellem dem med resten af ​​levende væsener og med miljøet.

Da mikroorganismer udgør den største terrestriske biomasse, påvirker deres økologiske aktiviteter og funktioner dybt alle økosystemer..

Den tidlige fotosyntetiske aktivitet af cyanobakterier og den deraf følgende ophobning af ilt (O_to) i den primitive atmosfære, repræsenterer et af de klareste eksempler på mikrobiel indflydelse i livets evolutionære historie på planeten Jorden.

Dette, givet at tilstedeværelsen af ​​ilt i atmosfæren, tillod fremkomsten og udviklingen af ​​alle eksisterende aerobe livsformer..

Mikroorganismer opretholder en kontinuerlig og essentiel aktivitet for livet på jorden. De mekanismer, der opretholder den mikrobielle mangfoldighed i biosfæren, er grundlaget for dynamikken i terrestriske, akvatiske og luftige økosystemer..

I betragtning af dets betydning ville den mulige udryddelse af mikrobielle samfund (på grund af forurening af deres levesteder med industrielt giftige stoffer) generere forsvinden af ​​økosystemer afhængigt af deres funktioner..

Artikelindeks

• 1 Historie om mikrobiel økologi
  • 1.1 Principper for økologi
  • 1.2 Mikrobiologi
  • 1.3 Mikrobiel økologi
• 2 Metoder i mikrobiel økologi
• 3 Underdiscipliner
• 4 Undersøgelsesområder
• 5 applikationer
• 6 Referencer

Historien om mikrobiel økologi

Principper for økologi

I første halvdel af det 20. århundrede blev principperne for generel økologi udviklet under hensyntagen til undersøgelsen af ​​"højere" planter og dyr i deres naturlige miljø..

Mikroorganismer og deres økosystemfunktioner blev derefter ignoreret på trods af deres store betydning i planetens økologiske historie, både fordi de repræsenterer den største terrestriske biomasse, og fordi de er de ældste organismer i livets evolutionære historie på jorden..

På det tidspunkt blev kun mikroorganismer betragtet som nedbrydere, mineraliseringsmidler af organisk stof og mellemprodukter i nogle næringscyklusser..

Mikrobiologi

Det anses for, at forskerne Louis Pasteur og Robert Koch grundlagde disciplinen mikrobiologi ved at udvikle teknikken til axenisk mikrobiel kultur, som indeholder en enkelt celletype, efterkommer af en enkelt celle.

Imidlertid kunne interaktioner mellem mikrobielle populationer ikke undersøges i akseniske kulturer. Det var nødvendigt at udvikle metoder, der gjorde det muligt at studere mikrobielle biologiske interaktioner i deres naturlige levesteder (essensen af ​​økologiske forhold).

De første mikrobiologer, der undersøgte interaktioner mellem mikroorganismer i jorden og interaktioner med planter, var Sergéi Winogradsky og Martinus Beijerinck, mens flertallet fokuserede på at studere akseniske kulturer af mikroorganismer relateret til sygdomme eller fermenteringsprocesser af kommerciel interesse..

Winogradsky og Beijerinck undersøgte især de mikrobielle biotransformationer af uorganisk nitrogen og svovlforbindelser i jorden..

Mikrobiel økologi

I begyndelsen af ​​1960'erne, i en periode med bekymring for miljøkvalitet og forurenende virkning af industrielle aktiviteter, kom mikrobiel økologi frem som en disciplin. Den amerikanske videnskabsmand Thomas D. Brock var den første forfatter til en tekst om emnet i 1966.

Det var dog i slutningen af ​​1970'erne, hvor mikrobiel økologi blev konsolideret som et tværfagligt specialiseret område, da det afhænger af andre videnskabelige grene, såsom økologi, cellulær og molekylærbiologi, biogeokemi, blandt andre..

Udviklingen af ​​mikrobiel økologi er tæt knyttet til metodiske fremskridt, der gør det muligt at studere interaktionerne mellem mikroorganismer og biotiske og abiotiske faktorer i deres miljø..

I 1990'erne blev molekylærbiologiske teknikker indarbejdet i undersøgelsen inklusive in situ af mikrobiel økologi, der giver mulighed for at udforske den enorme biodiversitet, der findes i den mikrobielle verden og også kende dens metaboliske aktiviteter i miljøer under ekstreme forhold.

Derefter tillod rekombinant DNA-teknologi vigtige fremskridt i eliminering af miljøforurenende stoffer såvel som i bekæmpelse af kommercielt vigtige skadedyr..

Metoder i mikrobiel økologi

Blandt de metoder, der har tilladt undersøgelsen in situ af mikroorganismer og deres metaboliske aktivitet er:

• Konfokal lasermikroskopi.
• Molekylære værktøjer såsom fluorescerende genprober, som har tilladt studiet af komplekse mikrobielle samfund.
• Polymerasekædereaktion (PCR).
• Radioaktive markører og kemiske analyser, som bl.a. muliggør måling af mikrobiel metabolisk aktivitet.

Underdiscipliner

Mikrobiel økologi er normalt opdelt i underdiscipliner, såsom:

• Autoøkologi eller økologi hos genetisk beslægtede populationer.
• Økologien i mikrobielle økosystemer, som studerer de mikrobielle samfund i et bestemt økosystem (jordbaseret, luft- eller akvatisk).
• Mikrobiel biogeokemisk økologi, der studerer biogeokemiske processer.
• Økologi af værts-mikroorganismeforhold.
• Mikrobiel økologi anvendt på miljøforureningsproblemer og i gendannelse af økologisk balance i intervenerede systemer.

Undersøgelsesområder

Blandt områderne for undersøgelse af mikrobiel økologi er:

• Mikrobiel udvikling og dens fysiologiske mangfoldighed i betragtning af livets tre domæner; Bakterier, Archea og Eucaria.
• Rekonstruktion af mikrobielle fylogenetiske forhold.
• Kvantitative målinger af antallet, biomassen og aktiviteten af ​​mikroorganismer i deres miljø (inklusive ikke-dyrkbare).
• Positive og negative interaktioner inden for en mikrobiel population.
• Interaktioner mellem forskellige mikrobielle populationer (neutralisme, kommensalisme, synergisme, mutualisme, konkurrence, amensalisme, parasitisme og rovdyr).
• Interaktioner mellem mikroorganismer og planter: i rhizosfæren (med nitrogenfikserende mikroorganismer og mycorrhizalsvampe) og i planteluftstrukturer.
• Fytopatogener; bakteriel, svampe og viral.
• Interaktioner mellem mikroorganismer og dyr (gensidig og kommensal tarmsymbiose, predation, blandt andre).
• Sammensætningen, funktionen og successionsprocesserne i mikrobielle samfund.
• Mikrobielle tilpasninger til ekstreme miljøforhold (Undersøgelse af ekstremofile mikroorganismer).
• Typerne af mikrobielle levesteder (atmosfære-økosfære, hydro-økosfære, lito-økosfære og ekstreme levesteder).
• Biogeokemiske cyklusser påvirket af mikrobielle samfund (cyklusser af kulstof, brint, ilt, nitrogen, svovl, fosfor, jern, blandt andre).
• Forskellige bioteknologiske anvendelser i miljøproblemer og af økonomisk interesse.

Ansøgninger

Mikroorganismer er vigtige i de globale processer, der muliggør vedligeholdelse af miljø- og menneskers sundhed. Derudover tjener de som model i undersøgelsen af ​​adskillige befolkningsinteraktioner (for eksempel predation).

Forståelsen af ​​mikroorganismernes grundlæggende økologi og deres indvirkning på miljøet har gjort det muligt at identificere bioteknologiske metaboliske kapaciteter, der gælder for forskellige områder af økonomisk interesse. Nogle af disse områder er nævnt nedenfor:

• Kontrol af biodeterionering ved ætsende biofilm af metalliske strukturer (såsom rørledninger, radioaktive affaldsbeholdere, blandt andre).
• Bekæmpelse af skadedyr og patogen.
• Restaurering af landbrugsjord nedbrudt ved overudnyttelse.
• Biobehandling af fast affald ved kompostering og lossepladser.
• Biobehandling af spildevand gennem spildevandsbehandlingssystemer (for eksempel ved hjælp af immobiliserede biofilm).
• Bioremediering af jord og vand, der er forurenet med uorganiske stoffer (såsom tungmetaller) eller xenobiotika (giftige syntetiske produkter, der ikke dannes ved naturlige biosyntetiske processer). Disse xenobiotiske forbindelser indbefatter halogencarboner, nitroaromater, polychlorerede biphenyler, dioxiner, alkylbenzylsulfonater, råoliehydrocarboner og pesticider..

• Biodækning af mineraler gennem biolakning (for eksempel guld og kobber).
• Produktion af biobrændstoffer (ethanol, methan, blandt andre kulbrinter) og mikrobiel biomasse.

Referencer

1. Kim, M-B. (2008). Fremskridt inden for miljømikrobiologi. Myung-Bo Kim Editor. s. 275.
2. Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K.S., Buckley, D. H. Stahl, D. A. og Brock, T. (2015). Brockbiologi af mikroorganismer. 14. udgave Benjamin Cummings. s. 1041.
3. Madsen, E. L. (2008). Miljømikrobiologi: Fra genomer til biogeokemi. Wiley-Blackwell. s. 490.
4. McKinney, R. E. (2004). Miljøforureningsbekæmpelsesmikrobiologi. M. Dekker. s. 453.
5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologi. Femte udgave, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. s. 1147.
6. Van den Burg, B. (2003). Ekstremofiler som kilde til nye enzymer. Nuværende mening i mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
7. Wilson, S. C. og Jones, K. C. (1993). Bioremediering af jord forurenet med polynukleære aromatiske kulbrinter (PAH'er): En gennemgang. Miljøforurening, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.