Mikrobiell ekologihistoria, föremål för studier och tillämpningar



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

Denna disciplin studerar mångfalden av mikroorganismer (mikroskopiska enhälliga organismer från 1 till 30 μm), relationerna mellan dessa med de övriga levande varelserna och med miljön.

Eftersom mikroorganismer representerar den största terrestriska biomassan, påverkar deras aktiviteter och ekologiska funktioner djupt alla ekosystem.

Den tidiga fotosyntetiska aktiviteten hos cyanobakterier och den därmed ackumulerade syran (O2) i primitiv atmosfär representerar ett av de tydligaste exemplen på mikrobiellt inflytande i livets evolutionära historia på planet Jorden.

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

Mikroorganismerna upprätthåller en kontinuerlig och väsentlig aktivitet för livet på jorden. Mekanismerna som upprätthåller biosfärens mikrobiella mångfald är grunden för dynamiken i mark-, vatten- och luftekosystemen.

Med tanke på dess betydelse skulle den eventuella utrotningen av de mikrobiella samhällena (på grund av förorening av deras livsmiljöer med industriella toxiska ämnen) skapa ekosystems försvinnande beroende på deras funktioner.

index

  • 1 Historia om mikrobiell ekologi
    • 1.1 ekologiska principer
    • 1.2 Mikrobiologi
    • 1.3 Mikrobiell ekologi
  • 2 Metoder i mikrobiell ekologi
  • 3 deldiscipliner
  • 4 studieområden
  • 5 applikationer
  • 6 referenser

Historia om mikrobiell ekologi

Principer för ekologi

Under första hälften av 1900-talet utvecklades principerna för allmän ekologi med tanke på studier av "överlägsna" växter och djur i sin naturliga miljö.

Det är då uppenbart mikroorganismer och deras ekosystemfunktioner, trots dess stora betydelse i ekologisk historia av planeten, vilket representerar den största mark biomassa, som kropparna äldsta i evolutionära historia av liv på jorden.

Vid den tiden betraktades endast mikroorganismer som nedbrytare, mineraliserande organiska ämnen och mellanhänder i vissa näringscykler.

mikrobiologi

Det anses att forskarna Louis Pasteur och Robert Koch grundade disciplin mikrobiologi, för att utveckla tekniken med axeniskt mikrobiell kultur, som innehåller en enda celltyp, härstammade från en enda cell.

I axenkulturer kunde emellertid inte interaktioner mellan mikrobiella populationer studeras. Det var nödvändigt att utveckla metoder som fick studera de mikrobiella biologiska interaktionerna i deras naturliga livsmiljöer (essensen av de ekologiska relationerna).

De första mikrobiologer att undersöka interaktioner mellan mikroorganismer i jorden och växtinteraktioner var Sergej Vinogradskij och Martinus Willem Beijerinck, medan de flesta fokuserade på att studera axeniska sjukdomar eller jäsningsprocesser av kommersiellt intresse mikroorganismer.

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

Mikrobiell ekologi

I början av 1960-talet, i en tid av oro för miljökvalitet och förorenande påverkan av industriella aktiviteter, framkom mikrobiell ekologi som 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 som tvärvetenskapligt specialområde konsolideras, eftersom det beror på andra vetenskapsgrenar, såsom ekologi, cell- och molekylärbiologi, biogeokemiska, bland annat.

Utvecklingen av den mikrobiella ekologin är nära relaterad till de metodologiska framstegen som tillåter oss att studera interaktionerna mellan mikroorganismer och de biotiska och abiotiska faktorerna i deras miljö.

På 1990-talet infördes molekylärbiologiteknik i studien inkluderande in situ av mikrobiell ekologi, som erbjuder möjligheten att utforska den stora biologiska mångfalden som finns i den mikrobiella världen och även känna till dess metaboliska aktiviteter i miljöer under extrema förhållanden.

Därefter tilläts tekniken för rekombinant DNA viktiga framsteg vid eliminering av miljöföroreningar, liksom vid bekämpning av skadedjur av kommersiell betydelse.

Metoder i mikrobiell ekologi

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

  • Konfokal mikroskopi med laser.
  • Molekylära verktyg såsom fluorescerande genprober, som har möjliggjort studier av komplexa mikrobiella samhällen.
  • Polymeraskedjereaktionen eller PCR (för dess akronym på engelska: Polymerasekedjereaktion).
  • Radioaktiva markörer och kemiska analyser som bland annat tillåter mätning av mikrobiell metabolisk aktivitet.

subdiscipliner

Mikrobiell ekologi är ofta uppdelad i deldiscipliner, såsom:

  • Autoekologi eller ekologi hos genetiskt besläktade populationer.
  • Mikrobiella ekosystems ekologi, som studerar mikrobiella samhällen i ett visst ekosystem (terrestris, luft eller vatten).
  • Den mikrobiella biogeokemiska ekologin, som studerar de biogeokemiska processerna.
  • Ekologi av relationerna mellan värd och mikroorganismer.
  • Mikrobiell ekologi tillämpas på problem med miljöförorening och i återställandet av den ekologiska balansen i intervenerade system.

Studieområden

Mellan områdena för studier av mikrobiell ekologi är de:

  • Mikrobiell evolution och dess fysiologiska mångfald, med tanke på livets tre områden; Bakterier, Archaea och Eucaria.
  • Rekonstruktionen av mikrobiella fylogenetiska relationer.
  • Kvantitativa mätningar av mikroorganismernas antal, biomassa och aktivitet i deras miljö (inklusive icke odlingsbara).
  • Positiva och negativa interaktioner inom en mikrobiell population.
  • Samspelet mellan olika mikrobiella populationer (neutralism, commensalism, synergism, mutualism, konkurrens, amensalism, parasitism och predation).
  • Växelverkan mellan mikroorganismer och växter: i rhizosfären (med kvävefixerande mikroorganismer och mycorrhizal svampar) och i växtantennsstrukturer.
  • Fytopathogenerna; bakteriell, svamp och viral.
  • Samspelet mellan mikroorganismer och djur (ömsesidig och commensal intestinal symbios, predation, bland andra).
  • Sammansättningen, operationen och successionsprocessen i mikrobiella samhällen.
  • Mikrobiella anpassningar till extrema miljöförhållanden (studie av extremofila mikroorganismer).
  • De typer av mikrobiella livsmiljöer (atmo-ekosfär, hydroekosfär, lito-ekosfär och extrema livsmiljöer).
  • De biogeokemiska cyklerna påverkas av mikrobiella samhällen (cykler av kol, väte, syre, kväve, svavel, fosfor, järn, bland annat).
  • Diverse biotekniska tillämpningar i miljöproblem och ekonomiskt intresse.

tillämpningar

Mikroorganismer är viktiga i globala processer som möjliggör underhåll av miljö och människors hälsa. Dessutom tjänar de som en modell i studien av många befolkningsinteraktioner (t.ex. predation).

Förståelsen av mikroorganismernas grundläggande ekologi och deras effekter på miljön har gjort det möjligt att identifiera biotekniska metaboliska kapaciteter som är tillämpliga på olika områden av ekonomiskt intresse. Några av dessa områden nämns nedan:

  • Kontroll av biologisk nedbrytning av frätande biofilmer av metallstrukturer (såsom pipeliner, bland annat radioaktivt avfall).
  • Kontroll av skadedjur och patogener.
  • Restaurering av jordbruksgrödor som försämras av överutnyttjande.
  • Biotreatment av fast avfall i kompostering och deponier.
  • Biotreatment av avloppsvatten, genom avloppsreningssystem (till exempel genom immobiliserade biofilmer).
  • Bioremediering av jordar kontaminerade med xenobiotika och oorganiska ämnen (såsom tungmetaller), eller (toxiska syntetiska produkter inte genereras av naturliga biosyntetiska processer) vatten. Bland dessa xenobiotiska föreningar är halogenerade kolväten, nitroaromater, polyklorerade bifenyler, dioxiner, alquilbencílicos sulfonater, petroleumkolväten och bekämpningsmedel.
  • Bioremediering av mineraler genom bioleaching (till exempel guld och koppar).
  • Produktion av biobränslen (etanol, metan, bland andra kolväten) och mikrobiell biomassa.

referenser

  1. Kim, M-B. (2008). Framsteg inom miljömikrobiologi. Myung-Bo Kim Editor. s. 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 ed. Benjamin Cummings. s. 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Miljömikrobiologi: Från genom till biogeokemi. Wiley-Blackwell. s. 490.
  4. McKinney, R.E. (2004). Miljökonsekvenskontroll mikrobiologi. M. Dekker s. 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Microbiology. Femte upplagan, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. s. 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Extremofiler som källa för nya enzymer. Nuvarande yttrande i mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10,1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C., och Jones, K.C. (1993). Bioremediering av mark förorenad med polynukleära aromatiska kolväten (PAH): En granskning. Miljöförorening, 81 (3), 229-249. doi: 10,1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.