היסטוריה אקולוגית מיקרוביאלית, מושא לימודים ויישומים

ה אקולוגיה מיקרוביאלית היא דיסציפלינה של מיקרוביולוגיה סביבתית הנובעת מיישום עקרונות אקולוגיים למיקרוביולוגיה (מיקרוס: קטן, ביוס: החיים, לוגו: ללמוד).

משמעת זו בוחנת את מגוון המיקרואורגניזמים (אורגניזמים תאיים מיקרוסקופיים מ -1 עד 30 מיקרומטר), היחסים בין אלה לבין שאר היצורים החיים ועם הסביבה.

מאחר שמיקרואורגניזמים מייצגים את הביומסה הארצית הגדולה ביותר, פעילותם ותפקודם האקולוגי משפיעים עמוקות על כל המערכות האקולוגיות.

פעילות פוטוסינתטית מוקדמת של cyanobacteria ואת הצטברות של חמצן כתוצאה (O₂) באווירה הפרימיטיבית, מייצג את אחת הדוגמאות הברורות ביותר של השפעה מיקרוביאלית בהיסטוריה האבולוציונית של החיים על כדור הארץ.

זאת, בהתחשב בכך נוכחות של חמצן באטמוספירה, מותר המראה והאבולוציה של כל צורות החיים האירובי הקיים.

המיקרואורגניזמים שומרים על פעילות רציפה וחיונית לחיים על כדור הארץ. המנגנונים השומרים על המגוון הביולוגי של הביו-ספירה הם הבסיס לדינמיקה של המערכות האקולוגיות הארציות, הימיות והאוויריות.

בהתחשב בחשיבותו, הכחדה אפשרית של הקהילות החיידקיות (בשל זיהום של בתי הגידול שלהם עם חומרים תעשייתיים רעילים), תייצר את היעלמותן של מערכות אקולוגיות התלויות בפונקציות שלהן.

אינדקס

• 1 היסטוריה של אקולוגיה מיקרוביאלית
  • 1.1 עקרונות האקולוגיה
  • 1.2 מיקרוביולוגיה
  • 1.3 אקולוגיה מיקרוביאלית
• שיטות באקולוגיה מיקרוביאלית
• 3 תחומי לימוד
• תחומי לימוד
• 5 יישומים
• 6 הפניות

היסטוריה של אקולוגיה מיקרוביאלית

עקרונות האקולוגיה

במחצית הראשונה של המאה העשרים פותחו עקרונות האקולוגיה הכללית, בהתחשב בחקרם של צמחים ובעלי חיים "טובים" בסביבתם הטבעית.

זהו אז מיקרואורגניזמים ברורים והפונקציות האקולוגיות שלהם, למרות חשיבותו הרבה בהיסטוריה האקולוגית של כדור הארץ, ובכך המייצגים את ביומסה היבשתית הגדולה, כמו להיות הגופים העתיקים ביותר בהיסטוריה האבולוציונית של חיים על פני כדור הארץ.

באותו זמן, רק מיקרואורגניזמים נחשבו כמו degraders, mineralizers של חומר אורגני מתווכים בכמה מחזורי מזין.

מיקרוביולוגיה

זה נחשב כי מדענים לואי פסטר ורוברט קוך ייסד את המשמעת של המיקרוביולוגיה, בפיתוח הטכניקה של התרבות המיקרוביית axenic, אשר מכיל סוג תא בודד, צאצא של תא בודד.

עם זאת, בתרבויות axenic אינטראקציות בין אוכלוסיות מיקרוביאלית לא ניתן ללמוד. היה צורך בפיתוח שיטות שאיפשרו לחקור את האינטראקציות הביולוגיות הביולוגיות בסביבתן הטבעית (מהות היחסים האקולוגיים).

המיקרוביולוגים הראשונים לבחון אינטראקציות בין מיקרואורגניזמים אינטראקציות האדמה וצמחים היו סרגיי Winogradsky ו מרטינוס ביירינק, בעוד רוב ממוקד בלימוד מחלות הקשורות axenic או תהליכי תסיסה של מיקרואורגניזמים אינטרס מסחריים.

וינוגרדסקי וביירינק למדו במיוחד את הביוטרונספורמציות החיידקיות של חנקן אורגני ותרכובות גופרית בקרקע.

אקולוגיה מיקרוביאלית

בתחילת שנות השישים, בעידן של דאגה לאיכות הסביבה ואת ההשפעה המזהמת של הפעילות התעשייתית, האקולוגיה המיקרוביאלית התפתחה כמשמעת. המדען האמריקני תומס ד 'ברוק, היה המחבר הראשון של טקסט בנושא ב -1966.

עם זאת, בסוף שנות ה -70 התבססה האקולוגיה המיקרוביאלית כאזור רב תחומי, שכן היא תלויה בענפים מדעיים אחרים, כגון אקולוגיה, ביולוגיה תאית ומולקולרית, ביוגיוכימיה ועוד..

התפתחות האקולוגיה המיקרוביאלית קשורה קשר הדוק להתקדמות המתודולוגית שמאפשרת לנו לחקור את האינטראקציות בין מיקרואורגניזמים לבין הגורמים הביוטיים והאביוטיים של סביבתם.

בשנות התשעים שולבו טכניקות ביולוגיה מולקולריות במחקר באתרם של האקולוגיה המיקרוביאלית, המציעה את האפשרות לחקור את המגוון הביולוגי העצום הקיים בעולם החיידק, וגם לדעת את הפעילויות המטבוליות בסביבות בתנאים קיצוניים.

לאחר מכן, הטכנולוגיה של DNA רקומביננטי אפשרה התקדמות חשובה חיסול מזהמים סביבתיים, כמו גם את השליטה של ​​מזיקים בעלי חשיבות מסחרית.

שיטות אקולוגיה מיקרוביאלית

בין השיטות שאיפשרו את המחקר באתרם של מיקרואורגניזמים ופעילותם המטבולית, הם:

• מיקרוסקופיה confocal עם לייזר.
• כלים מולקולריים כגון בדיקות גנים פלואורסצנטיים, אשר אפשרו את המחקר של קהילות מיקרוביאליות מורכבות.
• תגובת שרשרת פולימראז או PCR (עבור ראשי התיבות שלה באנגלית: תגובת שרשרת פולימראז).
• סמנים רדיואקטיביים וניתוחים כימיים, המאפשרים מדידת פעילות מטבולית חיידקית, בין היתר.

תת-תחומים

אקולוגיה מיקרוביאלית מחולקת לעתים קרובות לדיסציפלינות, כגון:

• אוטו-אקולוגיה או אקולוגיה של אוכלוסיות הקשורות גנטית.
• האקולוגיה של מערכות אקולוגיות מיקרוביאליות, אשר לומד קהילות חיידקים במערכת אקולוגית מסוימת (יבשתי, יבשתי או מימי).
• אקולוגיה ביוכיוכימית חיידקית, אשר בוחנת תהליכים ביוגיוכימיים.
• אקולוגיה של היחסים בין המארח למיקרואורגניזמים.
• אקולוגיה מיקרוביאלית החלה על בעיות של זיהום סביבתי ועל שיקום האיזון האקולוגי במערכות שהתערבו.

תחומי לימוד

בין תחומי המחקר של האקולוגיה המיקרוביאלית, הם:

• התפתחות מיקרוביאלית ומגוון פיזיולוגי, בהתחשב בשלושת תחומי החיים; חיידקים, ארכאה ואוקריה.
• שחזור של יחסים פילוגנטיים מיקרוביאליים.
• מדידות כמותיות של מספר, ביומסה ופעילות של מיקרואורגניזמים בסביבתם (כולל אלה שאינם ניתנים לעיבוד).
• אינטראקציות חיוביות ושליליות בתוך אוכלוסייה מיקרוביאלית.
• יחסי הגומלין בין אוכלוסיות מיקרוביאליות שונות (נייטרליזם, קומנסליזם, סינרגיזם, הדדיות, תחרות, אמנסליזם, טפילות וטרדות).
• אינטראקציות בין מיקרואורגניזמים וצמחים: בריזופירה (עם מיקרואורגניזמים של תיקון חנקן ופטריות מיקוריזאליות), ובמבנים אוויריים של צמחים.
• Phytopathogens; חיידקים, פטרייתיים ויראליים.
• יחסי הגומלין בין מיקרואורגניזמים ובעלי חיים (סימביוזה מעיים הדדית ומחלתית, קדחת, בין היתר).
• תהליכי הקומפוזיציה, הפעולה והתהליכים בקהילות המיקרוביאליות.
• התאמות מיקרוביאליות לתנאים סביבתיים קיצוניים (מחקר של מיקרואורגניזמים קיצוניים).
• סוגים של בתי גידול מיקרוביאליים (אטמוספרה אטמוספירה, הידרו-אקוספירה, ליטו-אקוספירה ובתי גידול קיצוניים).
• המחזורים הביוגיוכימיים מושפעים מקהילות חיידקים (מחזורי פחמן, מימן, חמצן, חנקן, גופרית, זרחן, ברזל, בין היתר).
• יישומים ביוטכנולוגיים מגוונים בבעיות סביבתיות ובעניין כלכלי.

יישומים

מיקרואורגניזמים חיוניים בתהליכים גלובליים המאפשרים שמירה על איכות הסביבה ועל בריאות האדם. בנוסף, הם משמשים מודל לחקר אינטראקציות אוכלוסיות רבות (למשל, קדחת).

ההבנה של האקולוגיה הבסיסית של מיקרואורגניזמים והשפעתם על הסביבה, אפשרה לזהות יכולות מטבוליות ביוטכנולוגיות החלות על תחומים שונים של אינטרסים כלכליים. חלק מהאזורים האלה מוזכרים להלן:

• שליטה על biodfioration על ידי biofilms קורוזיבי של מבנים מתכתיים (כגון צינורות, רדיואקטיבי מכולות פסולת, בין היתר).
• בקרת מזיקים ופתוגנים.
• שיקום קרקעות חקלאיות מושפל על ידי ניצול.
• טיפול ביולוגי בפסולת מוצקה בקומפוסט ובמטמנות.
• ביו-טיהור של שפכים, באמצעות מערכות לטיפול בשפכים (לדוגמה, באמצעות ביופילמים משותקים).
• Bioremediation של קרקעות ומים מזוהמים עם חומרים אנאורגניים (כגון מתכות כבדות), או xenobiotics (מוצרים סינתטיים רעילים, לא שנוצר על ידי תהליכים טבעיים biosynthetic). בין התרכובות הקנוביוטיות הללו נמנים הלוקרבונים, ניטרוארומטיקה, ביפנילים פוליכלורינים, דיאוקסינים, סולפונים אלקילבנזל, פחמימנים, חומרי הדברה..

• Bioremediation של מינרלים באמצעות bioleaching (לדוגמה, זהב ונחושת).
• ייצור של דלק ביולוגי (אתנול, מתאן, בין פחמימנים אחרים) וביומסה מיקרוביאלית.

הפניות

1. קים, M-B. (2008). התקדמות במיקרוביולוגיה סביבתית. מיונג-בו קים עורך. עמ '275.
2. Madigan, M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A.and Brock, T. (2015). ברוק ביולוגיה של מיקרואורגניזמים. 14 ed. בנימין קאמינגס. עמ '1041.
3. Madsen, E. L. (2008). מיקרוביולוגיה סביבתית: מגנום לביוגיאוכימיה. ויילי - בלקוול. עמ '490.
4. McKinney, R. (2004). מיקרוביולוגיה של בקרת זיהום הסביבה. מ 'דקר עמ '453.
5. Prescott, L. M. (2002). מיקרוביולוגיה מהדורה חמישית, מקגרו היל מדע / הנדסה / מתמטיקה. עמ '1147.
6. ואן דן בורג, ב (2003). Extremophiles כמקור לאנזימים חדשים. הדעה הנוכחית במיקרוביולוגיה, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
7. Wilson, S.C., and Jones, K.C (1993). Bioremediation של קרקע מזוהמת עם פחמימנים ארומטיים פולינוגרפי (PAHs): סקירה. זיהום סביבתי, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.