Mikrobiológiai ökológia története, tanulmány tárgya és alkalmazások



az mikrobiológiai ökológia a környezetvédelmi mikrobiológiai tudományág, amely az ökológiai elvek mikrobiológiára való alkalmazásából ered (mikros: kicsi, BIOS: élet, logók: tanulmány).

Ez a tudományág a mikroorganizmusok sokféleségét vizsgálja (mikroszkopikus egysejtű organizmusok 1 és 30 μm között), ezek közötti kapcsolatot a többi élő lényrel és a környezettel..

Mivel a mikroorganizmusok a legnagyobb szárazföldi biomasszát képviselik, tevékenységük és ökológiai funkcióik mélyen érintik az összes ökoszisztémát.

A cianobaktériumok korai fotoszintetikus aktivitása és az ebből következő oxigén felhalmozódása (O2) a primitív légkörben az egyik legvilágosabb példája a mikrobáknak az élet evolúciós történetében a Föld bolygón.

Ez az oxigén jelenléte a légkörben lehetővé tette az összes létező aerob életforma megjelenését és fejlődését.

A mikroorganizmusok folyamatos és alapvető tevékenységet tartanak fenn a Föld életében. A bioszféra mikrobiális sokféleségét fenntartó mechanizmusok a földi, vízi és légi ökoszisztémák dinamikájának alapját képezik..

Tekintettel annak fontosságára, a mikrobiális közösségek lehetséges kihalása (élőhelyeik ipari toxikus anyagokkal való szennyeződése miatt) az ökoszisztémák funkcióinak eltűnését okozná..

index

  • 1 Mikrobiológiai ökológia története
    • 1.1 Az ökológia alapelvei
    • 1.2 Mikrobiológia
    • 1.3 Mikrobiológiai ökológia
  • 2 A mikrobás ökológia módszerei
  • 3 Al-tudományágak
  • 4 Tanulmányi területek
  • 5 Alkalmazások
  • 6 Referenciák

Mikrobiológiai ökológia története

Az ökológia alapelvei

A 20. század első felében kidolgozták az általános ökológia alapelveit, figyelembe véve a "kiváló" növények és állatok természetes környezetben történő tanulmányozását..

Nyilvánvaló, hogy a mikroorganizmusokat és ökoszisztémás funkcióikat figyelmen kívül hagyták, annak ellenére, hogy nagy jelentőségük van a bolygó ökológiai történetében, mivel a legnagyobb földfelszíni biomasszát képviselik, és mivel ezek a legrégebbi szervezetek a Föld evolúciós történetében..

Abban az időben csak a mikroorganizmusokat tekintették degradálónak, a szerves anyag ásványvizének, és bizonyos tápanyagciklusokban a közvetítőknek..

mikrobiológia

Úgy véljük, hogy a tudósok Louis Pasteur és Robert Koch megalapították a mikrobiológiai tudományágat, kifejlesztve az egyetlen sejttípusú, egysejtes utódot tartalmazó axenikus mikrobiális kultúra technikáját..

Az axenikus kultúrákban azonban a mikrobiális populációk közötti kölcsönhatásokat nem lehetett vizsgálni. Szükséges volt olyan módszerek kifejlesztése, amelyek lehetővé tették a biológiai biológiai kölcsönhatások tanulmányozását természetes élőhelyeikben (az ökológiai kapcsolatok lényege)..

Az első mikrobiológusok a talajban lévő mikroorganizmusok kölcsönhatásainak vizsgálatára és a növények közötti kölcsönhatások vizsgálatára Winogradsky Sergéi és Martinus Beijerinck voltak, míg a legtöbb a mikroorganizmusok axenikus tenyészeteinek tanulmányozásával foglalkozott, amelyek kereskedelmi érdekű fermentációval kapcsolatosak..

Winogradsky és Beijerinck különösen a szervetlen nitrogén- és kénvegyületek mikrobiális biotranszformációit tanulmányozták a talajban.

Mikrobiológiai ökológia

Az 1960-as évek elején, a környezetminőség és az ipari tevékenységek szennyező hatásának korában, a mikrobiológiai ökológia fegyelemként jött létre. Az amerikai tudós, Thomas D. Brock, 1966-ban volt az első szerzője a témában.

Az 1970-es évek végén azonban a mikrobiológiai ökológia konszolidált volt, mint szakterületi multidiszciplináris terület, mivel más tudományos ágaktól, például ökológiától, celluláris és molekuláris biológiától, biogeokémiától függ..

A mikrobiológiai ökológia fejlődése szorosan kapcsolódik a módszertani fejlődéshez, amely lehetővé teszi számunkra a mikroorganizmusok és a környezet biotikus és abiotikus tényezőinek kölcsönhatását..

A kilencvenes években a molekuláris biológiai technikákat beépítették a vizsgálatba, beleértve in situ a mikrobiológiai ökológia megteremtése, amely lehetővé teszi a mikrobiális világban meglévő hatalmas biológiai sokféleség feltárását, valamint az anyagcsere-tevékenységének ismereteit szélsőséges körülmények között..

Ezt követően a rekombináns DNS technológiája jelentős előrelépést tett lehetővé a környezetszennyező anyagok eltávolításában, valamint a kereskedelmi jelentőségű kártevők ellenőrzésében..

A mikrobás ökológia módszerei

A módszert, amely lehetővé tette a tanulmányt in situ mikroorganizmusok és metabolikus aktivitásuk:

  • Konokális mikroszkópia lézerrel.
  • Molekuláris eszközök, mint például a fluoreszcens génszondák, amelyek lehetővé tették a komplex mikrobiális közösségek vizsgálatát.
  • A polimeráz láncreakció vagy a PCR (angolul: Polymerase Chain Reaction).
  • Radioaktív markerek és kémiai elemzések, amelyek lehetővé teszik többek között a mikrobiális metabolikus aktivitás mérését.

Subdisciplines

A mikrobiológiai ökológia gyakran al-tudományágakra oszlik, mint például:

  • A genetikailag kapcsolódó populációk auto-ökológiája vagy ökológiája.
  • A mikrobiális ökoszisztémák ökológiája, amely egy adott ökoszisztéma (földi, légi vagy vízi) mikrobiológiai közösségeit tanulmányozza.
  • A biogeokémiai folyamatokat tanulmányozó mikrobiológiai biogeokémiai ökológia.
  • A gazdaszervezet és a mikroorganizmusok közötti kapcsolatok ökológiája.
  • A mikrobiális ökológia a környezetszennyezés problémáira és az intervenciós rendszerek ökológiai egyensúlyának helyreállítására vonatkozik.

Tanulmányi területek

A mikrobiológiai ökológia tanulmányozási területei között:

  • Mikrobiális fejlődés és fiziológiai sokfélesége, figyelembe véve az élet három területét; Baktériumok, Archaea és Eucaria.
  • A mikrobiális filogenetikai kapcsolatok rekonstrukciója.
  • A mikroorganizmusok számának, biomasszájának és aktivitásának mennyiségi mérése a környezetükben (beleértve a nem kultiválható is).
  • Pozitív és negatív kölcsönhatások egy mikrobiális populációban.
  • A különböző mikrobiális populációk közötti kölcsönhatások (semleges, kommenzalizmus, szinergizmus, kölcsönösség, verseny, amenzalizmus, parazitizmus és ragadozás).
  • Mikroorganizmusok és növények közötti kölcsönhatások: rizoszférában (nitrogénmegkötő mikroorganizmusokkal és mikorrhizális gombákkal), valamint növényi légi szerkezetekben \ t.
  • A fitopatogének; bakteriális, gombás és vírusos.
  • A mikroorganizmusok és az állatok közötti kölcsönhatások (kölcsönös és kommunális bél szimbiózis, ragadozás, többek között).
  • A mikrobiális közösségek összetétele, működtetése és utódlási folyamata.
  • Mikrobiális adaptációk a szélsőséges környezeti feltételekhez (extremofil mikroorganizmusok vizsgálata).
  • A mikrobiális élőhelyek fajtái (atmo-ökoszféra, hidroökoszféra, litho-ökoszféra és extrém élőhelyek).
  • A mikrobiológiai közösségek által befolyásolt biogeokémiai ciklusok (szén, hidrogén, oxigén, nitrogén, kén, foszfor, vas, többek között).
  • Változatos biotechnológiai alkalmazások a környezeti problémák és a gazdasági érdekek szempontjából.

alkalmazások

A mikroorganizmusok nélkülözhetetlenek a globális folyamatokban, amelyek lehetővé teszik a környezet és az emberi egészség fenntartását. Ezenkívül modellként szolgálnak a számos népesség interakció tanulmányozásában (pl. Ragadozás).

A mikroorganizmusok alapvető ökológiájának és környezetre gyakorolt ​​hatásának megértése lehetővé tette a különböző gazdasági érdekű területekre alkalmazandó biotechnológiai anyagcsere-képességek azonosítását. Ezek közül néhányat az alábbiakban említünk:

  • A fémszerkezetek (pl. Csővezetékek, radioaktív hulladék tartályok) korrozív biofilmekkel történő biológiai károsodásának ellenőrzése.
  • Kártevők és kórokozók ellenőrzése.
  • A túlzott kizsákmányolás által romlott mezőgazdasági talajok helyreállítása.
  • A szilárd hulladék biológiai kezelése a komposztálásban és a hulladéklerakókban.
  • A szennyvíz biológiai kezelése szennyvíztisztító rendszereken keresztül (például immobilizált biofilmeken keresztül).
  • Szervetlen anyagokkal (például nehézfémekkel) szennyezett talajok és víz bioremediációja (toxikus szintetikus termékek, amelyeket nem természetes bioszintetikus folyamatok hoznak létre). Ezek közül a xenobiotikus vegyületek közül a halogénezett szénhidrogének, a nitroaromatikumok, a poliklórozott bifenilek, a dioxinok, az alkil-benzil-szulfonátok, a kőolaj-szénhidrogének és a peszticidek..
  • Az ásványi anyagok biológiai megtisztítása biológiai oltással (például arany és réz).
  • A bioüzemanyagok (etanol, metán, egyéb szénhidrogének) és mikrobiális biomassza előállítása.

referenciák

  1. Kim, M-B. (2008). Haladás a környezetvédelmi mikrobiológiában. Myung-Bo Kim szerkesztő. 275. oldal.
  2. Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. és Brock, T. (2015). A mikroorganizmusok biológiai biológiája. 14 szerk. Benjamin Cummings. pp. 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Környezetvédelmi mikrobiológia: a genomoktól a biogeokémiaig. Wiley-Blackwell. 490. oldal.
  4. McKinney, R. E. (2004). Környezetszennyezés elleni mikrobiológia. M. Dekker 453. oldal.
  5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiológiai. Ötödik kiadás, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. 1147. oldal.
  6. Van den Burg, B. (2003). Extrémofilek az új enzimek forrásaként. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S. C. és Jones, K. C. (1993). A polinukleáris aromás szénhidrogénekkel szennyezett talaj bioremediációja: Felülvizsgálat. Környezeti szennyezés, 81 (3), 229-249. doi: 10,016 / 0269-7491 (93) 90206-4.