- Историја микробне екологије
- Принципи екологије
- Микробиологија
- Микробна екологија
- Методе у микробној екологији
- Субдисциплине
- Подручја проучавања
- Апликације
- Референце
Микроба екологија је дисциплина микробиологије животне средине која проистиче из примене еколошких принципа на микробиологију (Микрос: Смалл, БИОС: живот, логотипи: студија).
Ова дисциплина проучава разноликост микроорганизама (микроскопски једноћелијски организми од 1 до 30 µм), односе између њих са остатком живих бића и са околином.
Слика 1. Алге, бактерије и протозоје амоебоида, који делују у узорцима необрађене воде. Извор: ЦДЦ / Јанице Ханеи Царр, на: публицдомаинфилес.цом
Будући да микроорганизми представљају највећу копнену биомасу, њихове еколошке активности и функције дубоко утичу на све екосистеме.
Рана фотосинтетска активност цијанобактерија и посљедично акумулација кисеоника (О 2 ) у раној атмосфери представља један од најјаснијих примјера утицаја микроба у еволутивној хисторији живота на планети Земљи.
То је, с обзиром да је присуство кисеоника у атмосфери, омогућило појаву и еволуцију свих постојећих облика аеробног живота.
Слика 2. Цијанобактерије у спиралном облику. Извор: флицкр.цом/пхотос/хинкелстоне/23974806839
Микроорганизми одржавају континуирану и основну активност за живот на Земљи. Механизми који одржавају микробну разноликост биосфере су основа динамике копнених, водених и ваздушних екосистема.
С обзиром на његов значај, могуће изумирање микробних заједница (због контаминације њихових станишта индустријским отровним тварима) створило би нестанак екосистема зависно од њихових функција.
Историја микробне екологије
Принципи екологије
У првој половини 20. века развили су се принципи опште екологије узимајући у обзир проучавање „виших“ биљака и животиња у њиховом природном окружењу.
Микроорганизми и њихове функције екосистема тада су занемарени, упркос њиховом великом значају у еколошкој историји планете, и зато што представљају највећу земаљску биомасу, и зато што су најстарији организми у еволутивној историји живота на Земљи. .
У то време су се само микроорганизми сматрали деградаторима, минерализаторима органске материје и посредницима у неким хранљивим циклусима.
Микробиологија
Сматра се да су научници Лоуис Пастеур и Роберт Коцх основали дисциплину микробиологије, развијајући технику аксенске микробне културе која садржи један тип ћелије, пореклом из једне ћелије.
Слика 3. Аксенска бактеријска култура. Извор: пикабаи.цом
Међутим, у аксенским културама интеракције микробних популација нису могле да се проуче. Било је потребно развити методе које ће омогућити проучавање микробиолошких биолошких интеракција у њиховим природним стаништима (суштина еколошких односа).
Први микробиолози који су испитивали интеракције између микроорганизама, у земљишту и интеракције са биљкама, били су Сергеи Виноградски и Мартинус Беијеринцк, док се већина фокусирала на проучавање аксенских култура микроорганизама повезаних са болестима или ферментацијским процесима од комерцијалног интереса.
Виноградски и Беијеринцк су посебно проучавали микробне биотрансформације неорганских азотних и сумпорних једињења у земљишту.
Микробна екологија
Почетком 1960-их, у доба бриге за квалитет животне средине и загађивачки утицај индустријских активности, микробна екологија појавила се као дисциплина. Амерички научник Тхомас Д. Броцк, био је први аутор текста на ту тему 1966. године.
Међутим, било је то крајем 1970-их када се микробна екологија консолидовала као специјализовано мултидисциплинарно подручје, јер зависи од других научних грана, попут екологије, ћелијске и молекуларне биологије, биогеохемије, између осталих.
Слика 4. Интеракције микроба. Извор: Библиотека слика јавног здравља, на адреси публицдомаинфилес.цом
Развој микробне екологије уско је повезан са методолошким напретком који омогућава проучавање интеракција између микроорганизама и биотских и абиотских фактора њихове околине.
Током деведесетих година, технике молекуларне биологије укључене су у чак ин ситу студију микробне екологије, нудећи могућност истраживања огромне биолошке разноликости која постоји у микробном свету, као и познавање његових метаболичких активности у окружењу под екстремним условима.
Слика 5. Интеракције микроба. Извор. Јанице Ханеи Царр, УСЦДЦП, на: пикнио.цом
Након тога, рекомбинантна ДНК технологија омогућила је важан напредак у уклањању контаминаната из околине, као и у контроли комерцијално важних штеточина.
Методе у микробној екологији
Међу методама које су омогућиле ин ситу истраживање микроорганизама и њихову метаболичку активност, постоје:
- Конфокална ласерска микроскопија.
- Молекуларни алати попут флуоресцентних генских сонди, који су омогућили проучавање сложених микробних заједница.
- Верижна реакција полимеразе или ПЦР (за акроним на енглеском: Полимерасе Цхаин Реацтион).
- Радиоактивни маркери и хемијске анализе, које омогућавају мерење метаболичке активности микроба, између осталог.
Субдисциплине
Микробна екологија обично се дели на под-дисциплине, као што су:
- Аутоекологија или екологија генетски сродне популације.
- Екологија микробних екосистема која проучава микробне заједнице у одређеном екосуставу (копненом, ваздушном или воденом).
- Микробна биогеохемијска екологија, која проучава биогеохемијске процесе.
- Екологија односа између домаћина и микроорганизама.
- Микробна екологија примењена на проблеме загађења животне средине и обнављање еколошке равнотеже у интервенираним системима.
Подручја проучавања
Међу областима проучавања микробне екологије су:
- Еволуција микроба и његова физиолошка разноликост, с обзиром на три домена живота; Бактерије, Аркуеа и Еуцариа.
- Реконструкција микробних филогенетских односа.
- Квантитативна мерења броја, биомасе и активности микроорганизама у њиховом окружењу (укључујући некултурне).
- Позитивне и негативне интеракције унутар микробне популације.
- Интеракције између различитих микробних популација (неутралност, коммензализам, синергизам, међусобност, надметање, аменсализам, паразитизам и предатион).
- Интеракције између микроорганизама и биљака: у ризосфери (са микроорганизмима који учвршћују азот и микоризним гљивицама), и у биљним ваздушним структурама.
- Фитопатогени; бактеријске, гљивичне и вирусне.
- Интеракције између микроорганизама и животиња (међусобна и комензална цревна симбиоза, предатион, између осталог).
- Састав, функционисање и процеси сукцесије у микробним заједницама.
- Прилагођавање микробиома екстремним условима животне средине (проучавање Екстремофилних микроорганизама).
- Врсте микробних станишта (атмосфера-екосфера, хидроекосфера, литоекосфера и екстремна станишта).
- Биогеохемијски циклуси под утицајем микробних заједница (циклуси угљеника, водоника, кисеоника, азота, сумпора, фосфора, гвожђа, између осталог).
- Разне биотехнолошке примене у проблемима животне средине и од економског интереса.
Апликације
Микроорганизми су неопходни у глобалним процесима који омогућавају одржавање животне средине и здравља људи. Уз то, они служе као модел у проучавању бројних интеракција становништва (на пример, предатион).
Разумевање фундаменталне екологије микроорганизама и њиховог утицаја на животну средину омогућило је идентификовање биотехнолошких метаболичких капацитета применљивих на различите области од економског значаја. Неке од ових области су наведене у наставку:
- Контрола биоразградње корозивним биофилмима металних конструкција (попут цевовода, контејнера за радиоактивни отпад, између осталог).
- Контрола штеточина и патогена.
- Обнављање пољопривредних тла деградираних прекомерном експлоатацијом.
- Биолошка обрада чврстог отпада на компостирању и на депонијама.
- Био третман отпадних вода кроз системе за пречишћавање отпадних вода (на пример, коришћење имобилисаних биофилма).
- Биоремедијација тла и вода загађених анорганским супстанцама (као што су тешки метали) или ксенобиотицима (токсични синтетички производи, који се не стварају природним биосинтетским процесима). Ова ксенобиотска једињења укључују халокарбоне, нитроароматика, полихлориране бифенила, диоксине, алкилбензил сулфонате, нафтне угљоводонице и пестициде.
Слика 6. Контаминација животне средине материјама индустријског порекла. Извор: пикабаи.цом
- Биооткривање минерала биолошким испирањем (на пример, злато и бакар).
- Производња биогорива (етанол, метан, између осталих угљоводоника) и микробна биомаса.
Референце
- Ким, МБ. (2008). Напредак у микробиологији животне средине. Миунг-Бо Ким уредник. пп 275.
- Мадиган, МТ, Мартинко, ЈМ, Бендер, КС, Буцклеи, ДХ Стахл, ДА и Броцк, Т. (2015). Брок биологије микроорганизама. 14 ед. Бењамин Цуммингс. пп 1041.
- Мадсен, ЕЛ (2008). Микробиологија животне средине: од генома до биогеохемије. Вилеи-Блацквелл. пп 490.
- МцКиннеи, РЕ (2004). Микробиологија контроле загађења животне средине. М. Деккер. стр. 453.
- Пресцотт, ЛМ (2002). Микробиологија. Пето издање, МцГрав-Хилл наука / инжењерство / математика. пп 1147.
- Ван ден Бург, Б. (2003). Екстремофили као извор нових ензима. Тренутно мишљење из микробиологије, 6 (3), 213–218. дои: 10.1016 / с1369-5274 (03) 00060-2.
- Вилсон, СЦ и Јонес, КЦ (1993). Биоремедијација тла загађеног полинуклеарним ароматичним угљоводоницима (ПАХс): Преглед. Загађење животне средине, 81 (3), 229–249. дои: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.