MICROBIAL ECOLOGY: KASAYSAYAN, BAGAY NG PAG-AARAL AT APLIKASYON - BIOLOGY - 2025

Ang microbial ecology ay isang disiplina ng microbiology ng kapaligiran na nagmula sa aplikasyon ng mga simulain sa ekolohiya hanggang sa microbiology (mikros: maliit, bios: buhay, logo: pag-aaral).

Ang disiplina na ito ay pinag-aaralan ang pagkakaiba-iba ng mga microorganism (mikroskopiko na unicellular na organismo mula 1 hanggang 30 µm), ang mga ugnayan sa pagitan ng mga ito kasama ang nalalabi sa mga nabubuhay na nilalang at sa kapaligiran.

Larawan 1. Algae, bacteria at amoeboid protozoa na nakikipag-ugnay sa mga hindi na-sample na tubig sample. Pinagmulan: CDC / Janice Haney Carr, sa: publicdomainfiles.com

Dahil ang mga microorganism ay kumakatawan sa pinakamalaking terrestrial biomass, ang kanilang ekolohikal na aktibidad at pag-andar ay nakakaapekto sa lahat ng mga ekosistema.

Ang maagang aktibidad ng photosynthetic ng cyanobacteria at ang kinahinatnan na akumulasyon ng oxygen (O ₂ ) sa primitive na kapaligiran ay kumakatawan sa isa sa mga malinaw na halimbawa ng impluwensya ng microbial sa evolutionary history ng buhay sa planeta ng Earth.

Ito, na ibinigay na ang pagkakaroon ng oxygen sa kapaligiran, pinapayagan ang hitsura at ebolusyon ng lahat ng umiiral na mga form ng buhay ng aerobic.

Larawan 2. Cyanobacteria sa isang hugis ng spiral. Pinagmulan: flickr.com/photos/hinkelstone/23974806839

Ang mga mikrobyo ay nagpapanatili ng isang tuluy-tuloy at mahahalagang aktibidad para sa buhay sa Earth. Ang mga mekanismo na nagpapanatili ng pagkakaiba-iba ng microbial ng biosphere ay ang batayan ng dinamika ng terrestrial, aquatic at aerial ecosystem.

Dahil sa kahalagahan nito, ang posibleng pagkalipol ng mga komunidad ng microbial (dahil sa kontaminasyon ng kanilang mga tirahan na may mga nakakalason na sangkap), ay bubuo ng pagkawala ng ecosystem na umaasa sa kanilang mga pag-andar.

Kasaysayan ng microbial ecology

Mga prinsipyo ng ekolohiya

Sa unang kalahati ng ika-20 siglo, ang mga prinsipyo ng pangkalahatang ekolohiya ay binuo, isinasaalang-alang ang pag-aaral ng "mas mataas" na mga halaman at hayop sa kanilang likas na kapaligiran.

Ang mga microorganism at ang kanilang mga pag-andar sa ekosistema ay pagkatapos ay hindi pinansin, sa kabila ng kanilang kahalagahan sa kasaysayan ng ekolohikal ng planeta, kapwa dahil ito ay kumakatawan sa pinakamalaking pang-terrestrial na biomass at dahil sila ang pinakalumang mga organismo sa kasaysayan ng ebolusyon ng buhay sa Earth. .

Sa oras na iyon, ang mga microorganism ay isinasaalang-alang lamang bilang mga degrader, mineralizer ng organikong bagay at mga tagapamagitan sa ilang mga siklo ng nutrisyon.

Mikrobiology

Ang mga siyentipiko na sina Louis Pasteur at Robert Koch ay itinuturing na itinatag ang disiplina ng microbiology sa pamamagitan ng pagbuo ng pamamaraan ng axenic microbial culture, na naglalaman ng isang solong uri ng cell, na nagmula sa isang solong cell.

Larawan 3. Axenic bacterial culture. Pinagmulan: pixabay.com

Gayunpaman, sa mga kultura ng axenic ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng populasyon ng microbial ay hindi maaaring pag-aralan. Kinakailangan na bumuo ng mga pamamaraan na magpapahintulot sa pag-aaral ng mga microbial biological na pakikipag-ugnayan sa kanilang likas na tirahan (ang kakanyahan ng mga relasyon sa ekolohiya).

Ang mga unang microbiologist na suriin ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga microorganism, sa lupa at pakikipag-ugnayan sa mga halaman, ay Sergéi Winogradsky at Martinus Beijerinck, habang ang karamihan ay nakatuon sa pag-aaral ng mga kultura ng axenic ng mga microorganism na may kaugnayan sa mga sakit o proseso ng pagbuburo ng interes sa komersyal.

Pinag-aralan nina Winogradsky at Beijerinck partikular na ang microbial biotransformations ng mga tulagay na nitrogen at asupre compound sa lupa.

Mikrobyo ekolohiya

Noong unang bahagi ng 1960, sa panahon ng pag-aalala para sa kalidad ng kapaligiran at ang epekto ng polusyon ng mga gawaing pang-industriya, ang microbial ecology ay lumitaw bilang isang disiplina. Ang Amerikanong siyentipiko na si Thomas D. Brock, ay ang unang may-akda ng isang teksto sa paksa noong 1966.

Gayunpaman, ito ay sa pagtatapos ng 1970s kapag ang mikrobyo ekolohiya ay pinagsama bilang isang dalubhasang multidisciplinary area, dahil nakasalalay ito sa iba pang mga sangay na pang-agham, tulad ng ekolohiya, cell at molekular na biology, biogeochemistry, bukod sa iba pa.

Larawan 4. Pakikipag-ugnayan sa mikrobyo. Pinagmulan: Public Library Image Library, sa publicdomainfiles.com

Ang pag-unlad ng microbial ecology ay malapit na nauugnay sa mga pamamaraan ng pagsulong na nagbibigay-daan sa pag-aaral ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga microorganism at ang biotic at abiotic factor ng kanilang kapaligiran.

Noong 1990s, ang mga teknolohiyang molekular na biology ay isinama sa kahit na sa pag-aaral ng microbial ecology, na nag-aalok ng posibilidad na tuklasin ang malawak na biodiversity na umiiral sa mundo ng microbial at alam din ang mga aktibidad na metabolic sa mga kapaligiran sa ilalim ng matinding kondisyon.

Larawan 5. Pakikipag-ugnayan sa mikrobyo. Pinagmulan. Si Janice Haney Carr, USCDCP, sa: pixnio.com

Kasunod nito, pinapayagan ng recombinant na teknolohiya ng DNA ang mga mahahalagang pagsulong sa pag-aalis ng mga kontaminadong pangkapaligiran, pati na rin sa kontrol ng mga komersyal na mahalagang peste.

Mga pamamaraan sa microbial ecology

Kabilang sa mga pamamaraan na pinapayagan ang pag-aaral sa lugar ng mga microorganism at ang kanilang aktibidad na metaboliko, mayroong:

• Confocal laser mikroskopya.
• Ang mga molekular na tool tulad ng mga fluorescent gene probes, na pinapayagan ang pag-aaral ng mga kumplikadong komunidad ng microbial.
• Ang reaksyon ng chain ng polymerase o PCR (para sa acronym nito sa Ingles: Polymerase Chain Reaction).
• Ang mga radio marker at kemikal na pag-aaral, na nagbibigay-daan sa pagsukat ng aktibidad ng metabolikong mikrobyo, bukod sa iba pa.

Mga sub-disiplina

Ang microbial ecology ay karaniwang nahahati sa mga sub-disiplina, tulad ng:

• Ang autoecology o ekolohiya ng mga genetically populasyon na may kaugnayan.
• Ang ekolohiya ng microbial ecosystem, na pinag-aaralan ang mga komunidad ng microbial sa isang partikular na ekosistema (terrestrial, aerial o aquatic).
• Microbial biogeochemical ecology, na nag-aaral ng mga proseso ng biogeochemical.
• Ang ekolohiya ng mga relasyon sa pagitan ng host at mga microorganism.
• Ang Microbial ecology na inilalapat sa mga problema sa kontaminasyon sa kapaligiran at sa pagpapanumbalik ng balanse ng ekolohiya sa mga intervened system.

Mga lugar ng pag-aaral

Kabilang sa mga lugar ng pag-aaral ng microbial ecology ay:

• Ebolusyon ng mikrobyo at pagkakaiba-iba ng physiological nito, isinasaalang-alang ang tatlong mga domain ng buhay; Bakterya, Arquea at Eucaria.
• Ang pagbabagong-tatag ng mga relasyon sa microbial phylogenetic.
• Ang mga sukat na dami ng bilang, biomass at aktibidad ng mga microorganism sa kanilang kapaligiran (kabilang ang mga di-kultura).
• Positibo at negatibong pakikipag-ugnayan sa loob ng populasyon ng microbial.
• Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng iba't ibang populasyon ng microbial (neutralism, commensalism, synergism, mutualism, kumpetisyon, amensalism, parasitism, at predation).
• Mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga microorganism at halaman: sa rhizosphere (na may pag-aayos ng mga microorganismo ng nitrogen at mycorrhizal fungi), at sa mga istrukturang pang-aerial ng halaman.
• Phytopathogens; bacterial, fungal at viral.
• Mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga microorganism at mga hayop (mutualistic at commensal intestinal symbiosis, predation, bukod sa iba pa).
• Ang komposisyon, paggana at ang mga proseso ng sunud-sunod sa mga komunidad ng microbial.
• Ang mga adaptasyon ng mikrobyo sa matinding mga kondisyon sa kapaligiran (pag-aaral ng Extremophilic microorganism).
• Ang mga uri ng microbial habitats (kapaligiran-kapaligiran, hydro-ecosphere, litho-ecosphere at matinding tirahan).
• Ang mga biogeochemical cycle na naiimpluwensyahan ng mga pamayanang microbial (mga siklo ng carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, asupre, posporus, iron, bukod sa iba pa).
• Iba't ibang mga aplikasyon ng biotechnological sa mga problema sa kapaligiran at ng interes sa ekonomiya.

Aplikasyon

Mahalaga ang mga mikroorganismo sa mga pandaigdigang proseso na nagpapahintulot sa pagpapanatili ng kalusugan sa kalikasan at tao. Bilang karagdagan, nagsisilbi silang modelo sa pag-aaral ng maraming mga pakikipag-ugnayan ng populasyon (halimbawa, predation).

Ang pag-unawa sa mga pangunahing ekolohiya ng mga microorganism at ang kanilang mga epekto sa kapaligiran ay naging posible upang makilala ang mga biotechnological metabolic capacities na naaangkop sa iba't ibang mga lugar ng interes sa ekonomiya. Ang ilan sa mga lugar na ito ay nabanggit sa ibaba:

• Pagkontrol ng biodegradation sa pamamagitan ng mga kinakaing unti-unting biofilms ng mga istruktura ng metal (tulad ng mga pipeline, mga lalagyan ng basura sa radioaktibo, bukod sa iba pa).
• Kontrol ng mga peste at pathogen.
• Pagpapanumbalik ng mga agrikultura na lupa na pinanghihinalaan ng labis na pagsasamantala.
• Biotreatment ng solidong basura sa pag-compost at landfills.
• Biotreatment ng mga effluents, sa pamamagitan ng mga sistema ng paggamot ng wastewater (halimbawa, gamit ang mga immobilized biofilms).
• Bioremediation ng mga soils at tubig na kontaminado ng mga di-organikong sangkap (tulad ng mabibigat na metal), o xenobiotic (nakakalason na mga produktong hindi nabuo ng mga likas na proseso ng biosynthetic). Ang mga xenobiotic compound na ito ay may kasamang halocarbons, nitroaromatics, polychlorinated biphenyls, dioxins, alkylbenzyl sulfonates, petrolyo hydrocarbons, at pestisidyo.

Larawan 6. Kontaminasyon sa kapaligiran na may mga sangkap na pinagmulan ng industriya. Pinagmulan: pixabay.com

• Biorecovery ng mga mineral sa pamamagitan ng bioleaching (halimbawa, ginto at tanso).
• Ang paggawa ng mga biofuel (ethanol, mitein, bukod sa iba pang mga hydrocarbons) at microbial biomass.

Mga Sanggunian

1. Kim, MB. (2008). Pag-unlad sa Environmental Microbiology. Myung-Bo Kim Editor. pp 275.
2. Madigan, MT, Martinko, JM, Bender, KS, Buckley, DH Stahl, DA at Brock, T. (2015). Brock biology ng mga microorganism. 14 ed. Benjamin Cummings. pp 1041.
3. Madsen, EL (2008). Microbiology ng Kapaligiran: Mula sa Genomes hanggang Biogeochemistry. Wiley-Blackwell. pp 490.
4. McKinney, RE (2004). Microbiology sa Pagkontrol sa Polusyon sa Kapaligiran. M. Dekker. pp 453.
5. Prescott, LM (2002). Mikrobiology. Ikalimang edisyon, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. pp 1147.
6. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles bilang isang mapagkukunan para sa mga enzyme ng nobela. Kasalukuyang Pagpapalagay sa Mikrobiolohiya, 6 (3), 213–218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
7. Wilson, SC, at Jones, KC (1993). Bioremediation ng lupa na kontaminado ng polynuclear aromatic hydrocarbons (PAHs): Isang pagsusuri. Polusyon sa Kapaligiran, 81 (3), 229–249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.