Mikrobiel økologi historie, objekt af undersøgelse og applikationer



den mikrobiologisk økologi er en disciplin af miljømikrobiologi, der stammer fra anvendelsen af ​​økologiske principper til mikrobiologi (Mikros: lille, bios: livet, logoer: undersøgelse).

Denne disciplin studerer mangfoldigheden af ​​mikroorganismer (mikroskopiske encellede organismer fra 1 til 30 μm), forholdet mellem disse med de øvrige levende væsener og med miljøet.

Da mikroorganismer repræsenterer den største jordbaserede biomasse, påvirker deres aktiviteter og økologiske funktioner dybt alle økosystemer.

Den tidlige fotosyntetiske aktivitet af cyanobakterier og den deraf følgende ophobning af oxygen (O2) i den primitive atmosfære repræsenterer et af de klareste eksempler på mikrobiel indflydelse i livets evolutionære historie på planet Jorden.

Dette, da tilstedeværelsen af ​​ilt i atmosfæren tillod udseendet og udviklingen af ​​alle eksisterende aerobiske livsformer.

Mikroorganismerne opretholder en kontinuerlig og væsentlig aktivitet for livet på Jorden. De mekanismer, der opretholder biosfærens mikrobielle diversitet, er grundlaget for dynamikken i jordbaserede, akvatiske og luftøkosystemer.

I betragtning af dets betydning vil den mulige udryddelse af de mikrobielle samfund (på grund af forurening af deres levesteder med industrielle toksiske stoffer) medføre, at økosystemerne forsvinder afhængigt af deres funktioner.

indeks

  • 1 Historie om mikrobiologisk økologi
    • 1.1 Økologiske principper
    • 1.2 Mikrobiologi
    • 1.3 Mikrobiel økologi
  • 2 Metoder i mikrobiologisk økologi
  • 3 underdiscipliner
  • 4 Studieretninger
  • 5 applikationer
  • 6 referencer

Historie om mikrobiologisk økologi

Principper for økologi

I første halvdel af det 20. århundrede blev principperne for den generelle økologi udviklet under hensyntagen til undersøgelsen af ​​"overlegne" planter og dyr i deres naturlige miljø.

Det er da indlysende mikroorganismer og deres økosystemfunktioner trods sin store betydning i den økologiske planetens historie, hvilket repræsenterer den største terrestriske biomasse, som værende de organer ældste i den evolutionære historie af liv på Jorden.

På det tidspunkt blev kun mikroorganismer betragtet som nedbrydere, mineraliserende stoffer af organisk materiale og mellemled i nogle næringscykler.

mikrobiologi

Det vurderes, at forskerne Louis Pasteur og Robert Koch grundlagde disciplinen mikrobiologi, at udvikle en teknik, axeniske mikrobiel kultur, som indeholder en enkelt celletype, nedstammer fra en enkelt celle.

I aksenkulturer kunne imidlertid ikke interaktioner mellem mikrobielle populationer undersøges. Det var nødvendigt at udvikle metoder, der tillod at studere de mikrobielle biologiske interaktioner i deres naturlige levesteder (essensen af ​​de økologiske relationer).

De første mikrobiologer at undersøge interaktioner mellem mikroorganismer i jord og planterester interaktioner sergei Winogradsky og Martinus Beijerinck, mens de fleste fokuseret på at studere axeniske relaterede sygdomme eller fermenteringsprocesser af kommercielle mikroorganismer interesse.

Winogradsky og Beijerinck studerede især de mikrobielle biotransformationer af uorganiske nitrogen- og svovlforbindelser i jorden.

Mikrobiel økologi

I begyndelsen af ​​1960'erne udviklede mikrobiell økologi sig som disciplin i en periode med bekymring for miljøkvalitet og forurenende virkninger af industrielle aktiviteter. Den amerikanske forsker Thomas D. Brock var den første forfatter af en tekst om emnet i 1966.

Men det var i slutningen af ​​1970'erne, da mikrobiel økologi som tværfagligt specialiserede område konsolideres, da det afhænger af andre grene af videnskaben, som økologi, cellulær og molekylær biologi, biogeokemiske, blandt andet.

Udviklingen af ​​den mikrobielle økologi er tæt knyttet til de metodologiske fremskridt, der giver os mulighed for at studere interaktionerne mellem mikroorganismer og de biotiske og abiotiske faktorer i deres omgivelser.

I 1990'erne blev molekylærbiologiteknikker inkorporeret i undersøgelsen inklusiv in situ af den mikrobielle økologi, der giver mulighed for at udforske den store biodiversitet, der findes i den mikrobielle verden, og også vide dets metaboliske aktiviteter i miljøer under ekstreme forhold.

Derefter tillod teknologien for rekombinant DNA vigtige fremskridt med eliminering af miljømæssige forureninger, såvel som i bekæmpelsen af ​​skadedyr af kommerciel betydning.

Metoder i mikrobiologisk økologi

Blandt de metoder, der har tilladt undersøgelsen in situ af mikroorganismer og deres metaboliske aktivitet er:

  • Konfokal mikroskopi med laser.
  • Molekylære værktøjer såsom fluorescerende genprober, som har muliggjort undersøgelsen af ​​komplekse mikrobielle samfund.
  • Polymerasekædereaktionen eller PCR (for dets akronym på engelsk: Polymerase Chain Reaction).
  • Radioaktive markører og kemiske analyser, som tillader blandt andet at måle mikrobiel metabolisk aktivitet.

underdiscipliner

Mikrobiel økologi er ofte opdelt i underdiscipliner, såsom:

  • Autoøkologi eller økologi af genetisk beslægtede populationer.
  • Mikrobielle økosystemers økologi, der studerer mikrobielle samfund i et bestemt økosystem (jordbunds-, luft- eller vandmiljø).
  • Den mikrobielle biogeokemiske økologi, der studerer de biogeokemiske processer.
  • Økologi af relationerne mellem værten og mikroorganismerne.
  • Mikrobiel økologi anvendes på problemer med miljøforurening og i genoprettelsen af ​​den økologiske balance i intervenerede systemer.

Studieområder

Mellem de områder, hvor man studerer den mikrobielle økologi, er de:

  • Mikrobiel evolution og dens fysiologiske mangfoldighed i betragtning af de tre områder af livet; Bakterier, Archaea og Eucaria.
  • Genopbygningen af ​​mikrobielle fylogenetiske relationer.
  • Kvantitative målinger af mikroorganismernes antal, biomasse og aktivitet i deres miljø (herunder ikke-dyrkelige).
  • Positive og negative interaktioner inden for en mikrobiell population.
  • Samspillet mellem forskellige mikrobielle populationer (neutralisme, kommensalisme, synergisme, mutualisme, konkurrence, amensalisme, parasitisme og predation).
  • Interaktioner mellem mikroorganismer og planter: i rhizosfæren (med kvælstoffastgørelsesmikroorganismer og mycorrhizal svampe) og i planteantennestrukturer.
  • Phytopathogenerne; bakteriel, svampe og viral.
  • Samspillet mellem mikroorganismer og dyr (gensidig og commensal intestinal symbiose, predation, blandt andre).
  • Sammensætningen, driften og successionsprocessen i mikrobielle samfund.
  • Mikrobielle tilpasninger til ekstreme miljøforhold (undersøgelse af ekstremofile mikroorganismer).
  • De typer af mikrobielle levesteder (atmo-øosfæren, hydroøkosfæren, lithosøkosfæren og ekstreme levesteder).
  • De biogeokemiske cyklusser påvirket af mikrobielle samfund (cykler af kulstof, hydrogen, oxygen, nitrogen, svovl, fosfor, jern, blandt andre).
  • Diverse bioteknologiske anvendelser i miljøproblemer og økonomisk interesse.

applikationer

Mikroorganismer er vigtige i globale processer, der muliggør opretholdelse af miljø og menneskers sundhed. Desuden tjener de som en model i undersøgelsen af ​​talrige befolkningsinteraktioner (fx predation).

Forståelsen af ​​mikroorganismers grundlæggende økologi og deres indvirkning på miljøet har givet mulighed for at identificere bioteknologiske metaboliske kapaciteter, der gælder for forskellige områder af økonomisk interesse. Nogle af disse områder er nævnt nedenfor:

  • Kontrol af biologisk nedbrydning ved ætsende biofilmer af metalliske strukturer (såsom rørledninger, radioaktive affaldsbeholdere, blandt andre).
  • Bekæmpelse af skadedyr og patogener.
  • Restaurering af landbrugsjord nedbrydes af overudnyttelse.
  • Biotreatment af fast affald i kompostering og lossepladser.
  • Biotreatment af spildevand gennem spildevandsbehandlingssystemer (fx gennem immobiliserede biofilmer).
  • Bioremediering af jord forurenet med xenobiotika og uorganiske stoffer (såsom tungmetaller) eller (giftige syntetiske produkter ikke frembringes af naturlige biosyntetiske processer) vand. Blandt disse xenobiotiske forbindelser er halogencarboner, nitroaromater, polychlorerede biphenyler, dioxiner, alquilbencílicos sulfonater, oliekulbrinter og pesticider.
  • Bioremediering af mineraler gennem bioleaching (for eksempel guld og kobber).
  • Produktion af biobrændstoffer (ethanol, methan, blandt andre kulbrinter) og mikrobiell biomasse.

referencer

  1. Kim, M-B. (2008). Fremskridt inden for miljømikrobiologi. Myung-Bo Kim Editor. s. 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A.and Brock, T. (2015). Brockbiologi af mikroorganismer. 14 udg. Benjamin Cummings. s. 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Miljø Mikrobiologi: Fra Genom til Biogeokemi. Wiley-Blackwell. s. 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Miljøforureningskontrol Mikrobiologi. M. Dekker s. 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologi. Femte udgave, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. s. 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles som kilde til nye enzymer. Nuværende udtalelse i mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10,1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C., og Jones, K.C. (1993). Bioremediering af jord forurenet med polynukleære aromatiske kulbrinter (PAH): En gennemgang. Miljøforurening, 81 (3), 229-249. doi: 10,1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.