Sejarah ekologi mikrob, objek kajian dan aplikasi



The ekologi mikrobial adalah disiplin mikrobiologi alam sekitar yang timbul daripada penerapan prinsip-prinsip ekologi kepada mikrobiologi (mikros: kecil, bios: kehidupan, logo: belajar).

Disiplin ini mengkaji kepelbagaian mikroorganisma (organisme uniselular mikroskopik dari 1 hingga 30 μm), hubungan antara ini dengan seluruh makhluk hidup dan dengan alam sekitar.

Oleh sebab mikroorganisma mewakili biomassa terestrial terbesar, aktiviti dan fungsi ekologinya sangat mempengaruhi semua ekosistem.

Aktiviti fotosintesis awal cyanobacteria dan pengumpulan oksigen yang terhasil (O2) dalam suasana primitif, merupakan salah satu contoh paling jelas pengaruh mikroba dalam sejarah evolusi kehidupan di planet Bumi.

Ini, dengan kehadiran oksigen di atmosfera, membenarkan penampilan dan evolusi semua bentuk kehidupan aerobik sedia ada.

Mikroorganisma mengekalkan aktiviti yang berterusan dan penting untuk kehidupan di Bumi. Mekanisme yang mengekalkan kepelbagaian mikroba biosfera adalah asas dinamik ekosistem terestrial, akuatik dan udara.

Memandangkan kepentingannya, kepupusan mungkin komuniti mikroba (disebabkan pencemaran habitat mereka dengan bahan toksik perindustrian), akan menjana hilangnya ekosistem yang bergantung kepada fungsi mereka.

Indeks

  • 1 Sejarah ekologi mikrobiologi
    • 1.1 Prinsip-prinsip ekologi
    • 1.2 Mikrobiologi
    • 1.3 ekologi mikrobial
  • 2 Kaedah dalam ekologi mikrobiologi
  • 3 Sub-disiplin
  • 4 Bidang pengajian
  • 5 Aplikasi
  • 6 Rujukan

Sejarah ekologi mikrobiologi

Prinsip-prinsip ekologi

Pada separuh pertama abad ke-20 prinsip-prinsip ekologi umum telah dibangunkan, memandangkan kajian "unggul" tumbuhan dan haiwan dalam alam semulajadi mereka.

Ia kemudian mikroorganisma jelas dan fungsi ekosistem mereka, walaupun kepentingan yang besar dalam sejarah ekologi planet, dengan itu mewakili biojisim daratan terbesar, sebagai badan-badan tertua dalam sejarah evolusi kehidupan di Bumi.

Pada masa itu, hanya mikroorganisma dianggap sebagai penghilang, mineralizer bahan organik dan perantara dalam sesetengah kitaran nutrien.

Mikrobiologi

Adalah dianggap bahawa saintis Louis Pasteur dan Robert Koch mengasaskan disiplin mikrobiologi, mengembangkan teknik kultur mikroba axenic, yang mengandungi jenis sel tunggal, keturunan sel tunggal.

Walau bagaimanapun, dalam interaksi kultur axenik antara populasi mikrob tidak dapat dikaji. Pengembangan kaedah yang dibenarkan untuk mengkaji interaksi biologi mikrob dalam habitat semulajadi mereka (intipati hubungan ekologi).

The mikrobiologi pertama mengkaji interaksi antara mikroorganisma dalam tanah dan tumbuhan interaksi adalah Sergei Winogradsky dan Martinus Beijerinck, manakala kebanyakan tertumpu kepada mengkaji penyakit yang berkaitan axenic atau proses penapaian mikroorganisma kepentingan komersial.

Winogradsky dan Beijerinck mempelajari khususnya biotransformasi mikroba nitrogen anorganik dan sebatian sulfur di dalam tanah.

Ekologi mikrobial

Pada awal 1960-an, dalam era keprihatinan terhadap kualiti alam sekitar dan kesan pencemaran aktiviti perindustrian, ekologi mikrob muncul sebagai satu disiplin. Ahli sains Amerika Thomas D. Brock, adalah pengarang pertama teks mengenai subjek itu pada tahun 1966.

Walau bagaimanapun, ia adalah pada tahun 1970-an apabila ekologi mikrob kawasan khusus pelbagai disiplin disatukan, kerana ia bergantung kepada cabang-cabang sains, seperti ekologi, selular dan biologi molekul, biogeokimia, antara lain.

Perkembangan ekologi mikrobiologi berkait rapat dengan kemajuan metodologi yang membolehkan kita mengkaji interaksi antara mikroorganisma dan faktor biotik dan abiotik persekitaran mereka.

Pada tahun 1990-an, teknik biologi molekul dimasukkan ke dalam kajian termasuk in situ dari ekologi mikrobial, menawarkan kemungkinan meneroka keanekaragaman biodiversiti yang luas yang ada di dunia mikrob dan juga mengetahui aktiviti metaboliknya dalam persekitaran di bawah keadaan yang melampau.

Selanjutnya, teknologi DNA rekombinan membolehkan kemajuan penting dalam penghapusan bahan pencemar alam sekitar, serta dalam mengawal perosak kepentingan komersil.

Kaedah dalam ekologi mikrob

Antara kaedah yang membenarkan kajian ini in situ mikroorganisma dan aktiviti metabolik mereka, adalah:

  • Mikroskopi konfok dengan laser.
  • Alat molekul seperti probe gen pendarfluor, yang membolehkan kajian komuniti mikrob kompleks.
  • Reaksi rantai polimerase atau PCR (untuk akronim dalam bahasa Inggeris: Reaksi Rantai Polimerase).
  • Penanda radioaktif dan analisis kimia, yang membolehkan pengukuran aktiviti metabolik mikrob, antara lain.

Sub-disiplin

Ekologi mikroba sering dibahagikan kepada sub-disiplin, seperti:

  • Autoekologi atau ekologi populasi yang berkaitan secara genetik.
  • Ekologi ekosistem mikrob, yang mengkaji komunitas mikroba dalam ekosistem tertentu (daratan, udara atau akuatik).
  • Ekologi biogeokimia mikrob, yang mengkaji proses biogeokimia.
  • Ekologi hubungan antara tuan rumah dan mikroorganisma.
  • Ekologi mikroba digunakan untuk masalah pencemaran alam sekitar dan pemulihan keseimbangan ekologi dalam sistem campur tangan.

Kawasan kajian

Di antara bidang kajian ekologi mikrob, mereka adalah:

  • Evolusi mikroba dan kepelbagaian fisiologinya, mengingat tiga bidang kehidupan; Bakteria, Archaea dan Eucaria.
  • Pembinaan semula hubungan filogenetik mikroba.
  • Pengukuran kuantitatif bilangan, biomas dan aktiviti mikroorganisma dalam persekitarannya (termasuk yang tidak boleh dibina).
  • Interaksi positif dan negatif dalam populasi mikrob.
  • Interaksi antara populasi mikrob yang berbeza (neutralisme, komensalisme, sinergi, mutualisme, persaingan, amensalisme, parasitisme dan predasi).
  • Interaksi antara mikroorganisma dan tumbuh-tumbuhan: dalam rhizosphere (dengan mikroorganisma penetapan nitrogen dan kulat mycorrhizal), dan dalam struktur udara tumbuhan.
  • Phytopathogens; bakteria, kulat dan virus.
  • Interaksi antara mikroorganisma dan haiwan (simbiosis usus bersama dan komensalis, predasi, antara lain).
  • Proses komposisi, operasi dan penggantian dalam komuniti mikrob.
  • Penyesuaian mikrob kepada keadaan persekitaran yang melampau (kajian terhadap mikroorganisma-extremophile).
  • Jenis habitat mikrob (atmo-ecosphere, hidro-ekosfera, litho-ecosphere dan habitat yang melampau).
  • Kitaran biogeokimia dipengaruhi oleh komuniti mikrob (kitaran karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, fosforus, besi antara lain).
  • Aplikasi bioteknologi yang pelbagai dalam masalah alam sekitar dan kepentingan ekonomi.

Permohonan

Mikroorganisma adalah penting dalam proses global yang membolehkan pemeliharaan kesihatan alam sekitar dan manusia. Di samping itu, mereka bertindak sebagai model dalam kajian pelbagai interaksi penduduk (contohnya, predasi).

Pemahaman tentang ekologi asas mikroorganisma dan kesannya terhadap alam sekitar, telah membolehkan untuk mengenal pasti kapasiti metabolik bioteknologi yang terpakai bagi pelbagai bidang kepentingan ekonomi. Beberapa bidang ini disebutkan di bawah:

  • Kawalan biodeteriorasi oleh biofilm struktur logam metalik (seperti saluran paip, bekas sisa radioaktif, antara lain).
  • Kawalan perosak dan patogen.
  • Pemulihan tanah pertanian yang dihina oleh eksploitasi.
  • Bioterapi sisa pepejal dalam pengkomposan dan tapak pelupusan.
  • Bioterapi cecair, melalui sistem rawatan air sisa (contohnya, melalui biofilm yang tidak berfungsi).
  • Bioremediation tanah tercemar dengan xenobiotics dan bahan-bahan bukan organik (seperti logam berat), atau (produk sintetik toksik tidak dijana oleh proses biosintesis semula jadi) air. Antara sebatian xenobiotik adalah Ozon, nitroaromatics, biphenyls polychlorinated, dioksin, alquilbencílicos Sulfonat, hidrokarbon petroleum dan racun perosak.
  • Bioremediasi mineral melalui bioleaching (contohnya emas dan tembaga).
  • Pengeluaran biofuel (etanol, metana, antara hidrokarbon lain) dan biojisim mikroba.

Rujukan

  1. Kim, M-B. (2008). Kemajuan dalam Mikrobiologi Alam Sekitar. Editor Myung-Bo Kim. ms 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A.and Brock, T. (2015). Biologi Brock mikroorganisma. 14 ed. Benjamin Cummings. ms 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Mikrobiologi Alam Sekitar: Dari Genom ke Biogeokimia. Wiley-Blackwell. pp 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Kawalan Pencemaran Alam Sekitar Mikrobiologi. M. Dekker ms 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologi Edisi kelima, Sains McGraw-Hill / Kejuruteraan / Matematik. pp 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles sebagai sumber untuk enzim novel. Pendapat semasa dalam Mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C., dan Jones, K.C. (1993). Bioremediasi tanah yang tercemar dengan hidrokarbon aromatik polinomuk (PAHs): Kajian. Pencemaran Alam Sekitar, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.