Mikrobiyal ekoloji tarihi, çalışmanın amacı ve uygulamaları



mikrobiyal ekoloji ekolojik ilkelerin mikrobiyolojiye uygulanmasından ortaya çıkan bir çevresel mikrobiyoloji disiplinidir (Mikros: küçük, bios: hayat, logolar: çalışma).

Bu disiplin, mikroorganizmaların çeşitliliğini (1 ila 30 micm mikroskobik tek hücreli organizmalar), bunlar ile diğer canlılar ve çevre arasındaki ilişkileri incelemektedir..

Mikroorganizmalar en büyük karasal biyokütleyi temsil ettiğinden, aktiviteleri ve ekolojik fonksiyonları tüm ekosistemleri derinden etkiler..

Siyanobakterilerin erken fotosentetik aktivitesi ve bunun sonucunda oksijen birikmesi2) ilkel atmosferde, Dünya gezegenindeki yaşamın evrim tarihindeki en açık mikrobiyal etki örneklerinden birini temsil eder..

Bu, atmosferdeki oksijenin varlığına rağmen, mevcut tüm aerobik yaşam formlarının ortaya çıkmasına ve evrimine izin vermiştir..

Mikroorganizmalar Dünyadaki yaşam için sürekli ve gerekli bir aktiviteyi sürdürmektedir. Biyosferin mikrobiyal çeşitliliğini koruyan mekanizmalar karasal, sucul ve hava ekosistemlerinin dinamiğinin temelidir.

Önemi göz önüne alındığında, mikrobiyal toplulukların (habitatlarının endüstriyel toksik maddelerle kirlenmesi nedeniyle) olası tükenmesi, işlevlerine bağlı ekosistemlerin ortadan kalkmasına neden olacak.

indeks

  • 1 Mikrobiyal ekolojinin tarihi
    • 1.1 Ekolojinin ilkeleri
    • 1.2 Mikrobiyoloji
    • 1.3 Mikrobiyal ekoloji
  • 2 Mikrobiyal ekolojide yöntemler
  • 3 Alt disiplinler
  • 4 Çalışma alanları
  • 5 uygulama
  • 6 Kaynakça

Mikrobiyal ekolojinin tarihi

Ekolojinin ilkeleri

20. yüzyılın ilk yarısında, doğal ortamlardaki "üstün" bitki ve hayvanların çalışmaları dikkate alınarak genel ekoloji ilkeleri geliştirilmiştir..

Açıkçası, mikroorganizmalar ve ekosistemik işlevleri, gezegenin ekolojik tarihindeki büyük önemlerine rağmen, hem en büyük karasal biyokütleyi temsil ettikleri hem de Dünyadaki evrimsel tarihin en eski organizmaları oldukları için göz ardı edildi..

O zaman, sadece bazı mikroorganizmalar bazı besin döngülerinde indirgen, organik madde mineralizatörleri ve aracılar olarak kabul edildi..

mikrobiyoloji

Bilim adamları Louis Pasteur ve Robert Koch'un, tek bir hücrenin soyundan gelen, tek bir hücre tipi içeren aksenik mikrobiyal kültür tekniğini geliştirerek, mikrobiyoloji disiplinini kurdukları düşünülmektedir..

Bununla birlikte, aksenik kültürlerde mikrobiyal popülasyonlar arasındaki etkileşimler incelenememiştir. Mikrobiyal biyolojik etkileşimleri doğal ortamlarında (ekolojik ilişkilerin özü) incelemeye izin veren yöntemlerin geliştirilmesi gerekliydi..

Topraktaki mikroorganizmalar ve bitkilerle etkileşimler arasındaki etkileşimi inceleyen ilk mikrobiyologlar Sergéi Winogradsky ve Martinus Beijerinck'tir, oysa çoğunluğu ticari ilgi alan hastalıklar ya da fermantasyon süreçleriyle ilgili mikroorganizmaların axenik kültürlerini incelemeye odaklanmıştır..

Winogradsky ve Beijerinck, özellikle topraktaki inorganik azot ve kükürt bileşiklerinin mikrobiyal biyotransformasyonlarını inceledi..

Mikrobiyal ekoloji

1960'ların başında, çevresel kalite ve endüstriyel faaliyetlerin kirletici etkisi ile ilgili endişe çağında, mikrobiyal ekoloji bir disiplin olarak ortaya çıktı. Amerikalı bilim adamı Thomas D. Brock, 1966'da konuyla ilgili bir metnin ilk yazarıydı..

Ancak, 1970'lerin sonunda, mikrobik ekoloji, diğerleri arasında ekoloji, hücresel ve moleküler biyoloji, biyogeokimya gibi diğer bilimsel dallara bağlı olduğundan, uzmanlık gerektiren çok disiplinli bir alan olarak konsolide edildi..

Mikrobiyal ekolojinin gelişimi, mikroorganizmalar ile çevrelerinin biyotik ve abiyotik faktörleri arasındaki etkileşimleri incelememize izin veren metodolojik gelişmeler ile yakından ilgilidir..

1990'larda, dahil olmak üzere çalışmaya moleküler biyoloji teknikleri dahil edildi yerinde Mikrobiyal ekolojide, mikrobiyal dünyada var olan engin biyoçeşitliliği keşfetme ve aşırı koşullarda ortamlardaki metabolik faaliyetlerini bilme imkanı sunar..

Daha sonra, rekombinant DNA teknolojisi, çevresel kirletici maddelerin giderilmesinde ve ayrıca ticari öneme sahip zararlıların kontrolünde önemli ilerlemeler sağladı..

Mikrobiyal ekolojide yöntemler

Çalışmayı sağlayan yöntemler arasında yerinde mikroorganizmaların ve bunların metabolik aktivitelerinin:

  • Lazerle konfokal mikroskopi.
  • Karmaşık mikrobiyal toplulukların çalışılmasını sağlayan floresan gen sondaları gibi moleküler araçlar.
  • Polimeraz zincir reaksiyonu veya PCR (ingilizce kısaltması için: Polimeraz zincir reaksiyonu).
  • Diğerlerinin yanı sıra mikrobiyal metabolik aktivitenin ölçülmesini sağlayan radyoaktif belirteçler ve kimyasal analizler.

Dalları

Mikrobiyal ekoloji genellikle aşağıdaki gibi alt disiplinlere ayrılır:

  • Genetiğe bağlı popülasyonların otoekolojisi veya ekolojisi.
  • Belirli bir ekosistemdeki mikrobiyal toplulukları (karasal, hava veya su) inceleyen mikrobiyal ekosistemlerin ekolojisi.
  • Biyojeokimyasal süreçleri inceleyen mikrobiyal biyojeokimyasal ekoloji.
  • Konak ve mikroorganizmalar arasındaki ilişkilerin ekolojisi.
  • Çevresel kirlenme sorunlarına uygulanan ve müdahale edilen sistemlerde ekolojik dengenin restorasyonunda mikrobiyal ekoloji.

Çalışma alanları

Mikrobiyal ekoloji çalışma alanları arasında, bunlar:

  • Yaşamın üç alanı göz önüne alındığında, mikrobiyal evrim ve fizyolojik çeşitliliği; Bakteriler, Archaea ve Eucaria.
  • Mikrobiyal filogenetik ilişkilerin yeniden inşası.
  • Çevresindeki mikroorganizmaların sayısının, biyokütlenin ve aktivitesinin kantitatif ölçümleri (yetiştirilemez olanlar dahil).
  • Mikrobiyal popülasyonda pozitif ve negatif etkileşimler.
  • Farklı mikrobiyal popülasyonlar arasındaki etkileşimler (tarafsızlık, kommensalizm, sinerjizm, karşılıklılık, rekabet, amensalizm, parazitizm ve avlanma).
  • Mikroorganizmalar ve bitkiler arasındaki etkileşimler: rizosferde (azot içeren mikroorganizmalar ve mikorhizal mantarlarla) ve bitki hava yapılarında.
  • Fitopatojenler; bakteri, mantar ve viral.
  • Mikroorganizmalar ve hayvanlar arasındaki etkileşimler (karşılıklı ve kommensal bağırsak sembiyozu, predasyon, diğerleri arasında).
  • Mikrobiyal topluluklarda kompozisyon, işletme ve ardışık süreçler.
  • Aşırı çevresel koşullara mikrobiyal adaptasyonlar (ekstremofilik mikroorganizmaların incelenmesi).
  • Mikrobiyal habitat türleri (atmo-ekosfer, hidro-ekosfer, lito-ekosfer ve aşırı habitatlar).
  • Mikrobiyal topluluklardan etkilenen biyojeokimyasal döngüleri (diğerlerinin yanı sıra karbon, hidrojen, oksijen, azot, kükürt, fosfor, demir döngüleri).
  • Çevre problemlerinde ve ekonomik açıdan ilgi çekici biyoteknolojik uygulamalar.

uygulamaları

Mikroorganizmalar, çevre ve insan sağlığının korunmasını sağlayan küresel süreçlerde gereklidir. Ek olarak, sayısız popülasyon etkileşiminin çalışmasında bir model olarak hizmet ederler (örneğin, avlanma).

Mikroorganizmaların temel ekolojisinin ve çevreye etkilerinin anlaşılması, farklı ekonomik ilgi alanlarına uygulanabilecek biyoteknolojik metabolik kapasiteleri belirlemeye olanak sağlamıştır. Bu alanlardan bazıları aşağıda belirtilmiştir:

  • Metalik yapıların aşındırıcı biyofilmleri (diğerlerinin yanı sıra boru hatları, radyoaktif atık kapları gibi) ile biyobozunmanın kontrolü.
  • Zararlıların ve patojenlerin kontrolü.
  • Aşırı sömürü nedeniyle bozulmuş tarım topraklarının restorasyonu.
  • Kompostlama ve depolama alanlarındaki katı atıkların biyolojik olarak arıtılması.
  • Atık suların atık su arıtma sistemleri yoluyla (örneğin sabitlenmiş biyofilmler yoluyla) biyolojik olarak arıtılması.
  • Toprakların ve inorganik maddelerle (ağır metaller gibi) kirlenmiş suyun veya ksenobiyotiklerin (doğal biyosentetik işlemlerle üretilmeyen toksik sentetik ürünler) biyolojik olarak ıslahı. Bu ksenobiyotik bileşikler arasında halokarbonlar, nitroaromatikler, poliklorlu bifeniller, dioksinler, alkilbenzil sülfonatlar, petrol hidrokarbonları ve böcek ilaçları bulunmaktadır..
  • Biyolojik liç yoluyla minerallerin biyolojik olarak ayrıştırılması (örneğin, altın ve bakır).
  • Biyoyakıt (etanol, metan, diğer hidrokarbonların yanı sıra) ve mikrobiyal biyokütle üretimi.

referanslar

  1. Kim, M-B. (2008). Çevre Mikrobiyolojisinde İlerleme. Myung-Bo Kim Editör. pp 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A. ve Brock, T. (2015). Brock mikroorganizmaların biyolojisi. 14 ed. Benjamin Cummings. pp 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Çevresel Mikrobiyoloji: Genomlardan Biyojeokimyaya. Wiley-Blackwell. pp 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Çevre Kirliliği Kontrolü Mikrobiyolojisi. M. Dekker pp 453.
  5. Prescott, L.M. (2002). Mikrobiyoloji. Beşinci baskı, McGraw-Hill Bilim / Mühendislik / Matematik. pp 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Yeni enzimler için bir kaynak olarak ekstremofiller. Mikrobiyolojide Güncel Görüş, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C. ve Jones, K.C. (1993). Polinükleer aromatik hidrokarbonlarla (PAH'lar) kirlenmiş toprağın biyoremediasyonu: Bir derleme. Çevre Kirliliği, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.