Mikrobioloģijas vēsture, pētījuma objekts un pielietojumi



The mikrobu ekoloģija ir vides mikrobioloģijas disciplīna, kas rodas, piemērojot ekoloģiskos principus mikrobioloģijai (mikros: mazs, BIOS: dzīve, logotipi: pētījums).

Šajā disciplīnā tiek pētīta mikroorganismu daudzveidība (mikroskopiskie vienšūnu organismi no 1 līdz 30 μm), to saikne ar pārējām dzīvajām būtnēm un videi..

Tā kā mikroorganismi veido lielāko sauszemes biomasu, to darbība un ekoloģiskās funkcijas dziļi ietekmē visas ekosistēmas.

Cianobaktēriju agrīnās fotosintētiskās aktivitātes un no tās izrietošā skābekļa uzkrāšanās (O2) primitīvajā atmosfērā ir viens no skaidrākajiem mikrobu ietekmes piemēriem evolūcijas vēsturē uz Zemes.

Tas, ņemot vērā, ka skābekļa klātbūtne atmosfērā, ļāva izpaust un attīstīties visām esošajām aerobajām dzīves formām.

Mikroorganismi saglabā nepārtrauktu un būtisku darbību dzīvē uz Zemes. Mehānismi, kas uztur biosfēras mikrobu daudzveidību, ir zemes, ūdens un gaisa ekosistēmu dinamikas pamatā..

Ņemot vērā tā nozīmīgumu, iespējamā mikrobu kopienu izzušana (sakarā ar to biotopu piesārņošanu ar rūpnieciskām toksiskām vielām) radītu ekosistēmu izzušanu atkarībā no to funkcijām..

Indekss

  • 1 Mikrobioloģijas vēsture
    • 1.1 Ekoloģijas principi
    • 1.2. Mikrobioloģija
    • 1.3 Mikrobioloģija
  • 2 Metodes mikrobu ekoloģijā
  • 3 Apakšnozares
  • 4 Studiju jomas
  • 5 Pieteikumi
  • 6 Atsauces

Mikrobioloģijas vēsture

Ekoloģijas principi

20. gadsimta pirmajā pusē tika izstrādāti vispārējās ekoloģijas principi, ņemot vērā "augstāko" augu un dzīvnieku izpēti savā dabiskajā vidē..

Acīmredzot mikroorganismi un to ekosistēmas funkcijas tika ignorētas, neskatoties uz to lielo nozīmi planētas ekoloģiskajā vēsturē, gan tāpēc, ka tās ir lielākās sauszemes biomasas, gan tāpēc, ka tās ir senākie organismi dzīves evolūcijas vēsturē uz Zemes..

Tajā laikā tikai mikroorganismi tika uzskatīti par degradētājiem, organisko vielu mineralizatoriem un starpniekiem dažos barības vielu ciklos.

Mikrobioloģija

Tiek uzskatīts, ka zinātnieki Louis Pasteur un Robert Koch izveidoja mikrobioloģijas disciplīnu, attīstot aksēnu mikrobu kultūras paņēmienu, kas satur vienu šūnu tipu, vienas šūnas pēcnācēju..

Tomēr aknās kultūrās nevarēja pētīt mijiedarbību starp mikrobu populācijām. Bija nepieciešams izstrādāt metodes, kas ļautu pētīt mikrobioloģiskās bioloģiskās mijiedarbības dabiskajos biotopos (ekoloģisko attiecību būtība)..

Pirmie mikrobiologi, kas pēta mikroorganismu mijiedarbību augsnē un mijiedarbību ar augiem, bija Sergé Winogradsky un Martinus Beijerinck, bet lielākā daļa koncentrējās uz mikroorganismu aknisko kultūru izpēti, kas saistīta ar komerciāliem nolūkiem saistītām slimībām vai fermentācijas procesiem..

Winogradsky un Beijerinck īpaši pētīja neorganisko slāpekļa un sēra savienojumu biotransformācijas augsnē..

Mikrobu ekoloģija

60. gadu sākumā, rūpējoties par vides kvalitāti un rūpniecisko darbību piesārņojošo ietekmi, mikrobioloģiskā ekoloģija kļuva par disciplīnu. 1966. gadā amerikāņu zinātnieks Thomas D. Brock bija pirmā teksta autors šajā jautājumā.

Tomēr astoņdesmito gadu beigās mikrobioloģiskā ekoloģija tika konsolidēta kā specializēta daudzdisciplīnu zona, jo tā ir atkarīga no citām zinātnes nozarēm, piemēram, ekoloģijas, šūnu un molekulārās bioloģijas, biogeoķīmijas..

Mikrobioloģijas attīstība ir cieši saistīta ar metodoloģiskajiem sasniegumiem, kas ļauj pētīt mikroorganismu un to vides biotisko un abiotisko faktoru mijiedarbību..

Deviņdesmitajos gados pētījumā tika iekļautas molekulārās bioloģijas metodes in situ mikrobioloģijas ekoloģiju, piedāvājot iespēju izpētīt lielo bioloģisko daudzveidību, kas pastāv mikrobu pasaulē, un arī zinot tās metaboliskās aktivitātes ekstremālos apstākļos..

Pēc tam rekombinantās DNS tehnoloģija ļāva panākt būtisku progresu vides piesārņotāju likvidēšanā, kā arī komerciāli svarīgu kaitēkļu kontrolē..

Metodes mikrobu ekoloģijā

Starp metodēm, kas ir ļāvušas pētījumam in situ mikroorganismu un to metaboliskās aktivitātes, ir: \ t

  • Konokālā mikroskopija ar lāzeri.
  • Molekulārie instrumenti, piemēram, fluorescējoši gēnu zondes, kas ļāva izpētīt sarežģītas mikrobu kopienas.
  • Polimerāzes ķēdes reakcija vai PCR (akronīmam angļu valodā: Polymerase Chain Reaction).
  • Radioaktīvie marķieri un ķīmiskās analīzes, kas ļauj mērīt mikrobu metabolisko aktivitāti, cita starpā.

Apakšnozares

Mikrobioloģija bieži tiek sadalīta apakšnozarēs, piemēram:

  • Ģenētiski saistītu populāciju autoekoloģija vai ekoloģija.
  • Mikrobu ekosistēmu ekoloģija, kas pēta mikrobu kopienas konkrētā ekosistēmā (sauszemes, gaisa vai ūdens)..
  • Mikrobioloģiskā bioķīmiskā ekoloģija, kas pēta bioģeoķīmiskos procesus.
  • Saimniecības un mikroorganismu attiecību ekoloģija.
  • Mikrobioloģiskā ekoloģija tiek piemērota vides piesārņojuma problēmām un ekoloģiskā līdzsvara atjaunošanai iesaistītajās sistēmās.

Studiju jomas

Starp mikrobu ekoloģijas studiju jomām tie ir:

  • Mikrobu attīstība un tās fizioloģiskā daudzveidība, ņemot vērā trīs dzīves jomas; Baktērijas, Archaea un Eucaria.
  • Mikrobioloģisko attiecību rekonstrukcija.
  • Mikroorganismu skaita, biomasas un aktivitātes kvantitatīvie mērījumi to vidē (ieskaitot nekultivējamus).
  • Pozitīva un negatīva mijiedarbība mikrobu populācijā.
  • Mijiedarbība starp dažādām mikrobu populācijām (neitrālisms, komensālisms, sinerģija, savstarpēja attieksme, konkurence, amensālisms, parazītisms un predation).
  • Mijiedarbība starp mikroorganismiem un augiem: rizosfērā (ar slāpekli nostiprinošiem mikroorganismiem un mikorrhizas sēnēm), kā arī augu gaisa struktūrās..
  • Fitopatogēni; baktēriju, sēnīšu un vīrusu.
  • Mijiedarbība starp mikroorganismiem un dzīvniekiem (savstarpēja un komensāla zarnu simbioze, plēsošana, cita starpā).
  • Mikroorganismu kopienu sastāvs, darbības un pēctecības procesi.
  • Mikrobu pielāgošanās ekstremāliem vides apstākļiem (ekstremofilu mikroorganismu izpēte).
  • Mikrobu biotopu veidi (atmosfosfēra, hidroekosfēra, litofosfēra un ekstrēmie biotopi).
  • Biogeoķīmiskie cikli, ko ietekmē mikrobu kopienas (oglekļa, ūdeņraža, skābekļa, slāpekļa, sēra, fosfora, dzelzs cikli).
  • Daudzveidīgi biotehnoloģijas pielietojumi vides problēmām un ekonomiskajām interesēm.

Programmas

Mikroorganismi ir būtiski globālos procesos, kas ļauj saglabāt vides un cilvēku veselību. Turklāt tie kalpo par paraugu daudzu iedzīvotāju mijiedarbības izpētei (piemēram, plēsēju).

Izpratne par mikroorganismu fundamentālo ekoloģiju un to ietekmi uz vidi ir ļāvusi noteikt biotehnoloģiskās vielmaiņas spējas, kas piemērojamas dažādās ekonomiskās intereses jomās. Dažas no šīm jomām ir minētas zemāk:

  • Biodegradācijas kontrole, izmantojot korozīvas biofilmas no metāla konstrukcijām (piemēram, cauruļvadiem, radioaktīvo atkritumu tvertnēm).
  • Kaitēkļu un patogēnu kontrole.
  • Lauksaimniecības augsnes atjaunošana, ko pasliktina pārmērīga izmantošana.
  • Cieto atkritumu bioloģiskā apstrāde kompostēšanā un poligonos.
  • Notekūdeņu attīrīšana, izmantojot notekūdeņu attīrīšanas sistēmas (piemēram, izmantojot imobilizētas biofilmas).
  • Augsnes un ūdens, kas piesārņots ar neorganiskām vielām (piemēram, smagajiem metāliem) vai ksenobiotikām (toksiski sintētiskie produkti, ko nerada dabiski biosintēzes procesi), bioremediācija. Šo ksenobiotisko savienojumu vidū ir halogļūdeņraži, nitroaromatiskie savienojumi, polihlorbifenili, dioksīni, alkilbenzilsulfonāti, naftas ogļūdeņraži un pesticīdi..
  • Derīgo izrakteņu bioloăiskā bioloăija (piemēram, zelts un varš).
  • Biodegvielas (etanola, metāna, citu ogļūdeņražu) un mikrobioloģiskās biomasas ražošana.

Atsauces

  1. Kim, M-B. (2008). Vides mikrobioloģijas attīstība. Myung-Bo Kim redaktors. 275. lpp.
  2. Madigan, M. T., Martinko, J.M., Benders, K.S., Buckley, D.H. Stahls, D.A. un Broka, T. (2015). Mikroorganismu bioloģija. 14 ed. Benjamin Cummings. pp 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Vides mikrobioloģija: no genomiem līdz biogeokēmijai. Wiley-Blackwell. 490 lpp.
  4. McKinney, R. E. (2004). Vides piesārņojuma kontroles mikrobioloģija. M. Dekker pp 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobioloģija Piektais izdevums, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. 1147. lpp.
  6. Van den Burg, B. (2003). Ekstremofili kā avots jauniem fermentiem. Current Opinion in Microbiology, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C. un Jones, K.C. (1993). Ar polinukleāro aromātisko ogļūdeņražu (PAO) piesārņotas augsnes bioremediacija: pārskats. Vides piesārņojums, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.