MICROBIOLOGY SA KAPALIGIRAN: OBJECT OF STUDY AND APPLICATION - BIOLOGY - 2025

Ang Environmental Microbiology ay ang agham na nag-aaral ng pagkakaiba-iba at pag-andar ng mga microorganism sa kanilang likas na kapaligiran at aplikasyon ng kanilang mga kakayahan sa metabolic sa bioremediation ng kontaminadong lupa at tubig. Ito ay karaniwang nahahati sa mga disiplina ng: microbial ecology, geomicrobiology at bioremediation.

Ang mikrobiology (mikros: maliit, bios: buhay, logo: pag-aaral), mga pag-aaral sa isang interdisciplinary na paraan ng isang malawak at magkakaibang grupo ng mga mikroskopiko na unicellular na organismo (mula 1 hanggang 30 µm), makikita lamang sa pamamagitan ng optical mikroskopyo (hindi nakikita ng mata ng tao ).

Larawan 1. Sa kaliwa: optical mikroskopyo, isang instrumento na nagpapahintulot sa mga micro-organismo na matingnan sa ilalim ng kadakilaan (Source: https://pxhere.com/es/photo/1192464). Kanan: ang mikropono ng elektron ng malawak na ipinamamahaging bakterya sa genus na Pseudomonas (Ni: CDC, Kagandahang-loob: Public Library Image Library).

Ang mga organismo na pinagsama-sama sa larangan ng microbiology ay naiiba sa maraming mahahalagang respeto at kabilang sa iba't ibang mga kategorya ng taxonomic. Umiiral sila bilang ilang o nauugnay na mga cell at maaaring:

• Ang mga pangunahing prokaryote (unicellular organismo na walang tinukoy na nucleus), tulad ng eubacteria at archaebacteria.
• Ang mga simpleng eukaryotes (unicellular organism na may tinukoy na nucleus), tulad ng lebadura, filamentous fungi, microalgae at protozoa.
• Ang mga virus (na hindi cellular, ngunit microscopic).

Ang mga mikroorganismo ay may kakayahang maisakatuparan ang lahat ng kanilang mga mahahalagang proseso (paglaki, metabolismo, henerasyon ng enerhiya at pag-aanak), nang nakapag-iisa ng iba pang mga selula ng pareho o magkakaibang klase.

May kaugnayan na mga katangian ng microbial

Pakikipag-ugnay sa panlabas na kapaligiran

Ang mga malayang buhay na unicellular na organismo ay partikular na nakalantad sa panlabas na kapaligiran. Bilang karagdagan, mayroon silang parehong isang napakaliit na laki ng cell (na nakakaapekto sa kanilang morpolohiya at metabolic flexibility), at isang mataas na ibabaw / dami ng ratio, na bumubuo ng malawak na pakikipag-ugnayan sa kanilang kapaligiran.

Dahil dito, ang kaligtasan ng buhay at ang pamamahagi ng microbial ecological ay nakasalalay sa kapasidad nito para sa pagbagay sa physiological sa madalas na pagkakaiba-iba ng kapaligiran.

Metabolismo

Ang mataas na ibabaw / dami ng ratio ay bumubuo ng mataas na rate ng microbial metabolic. Ito ay nauugnay sa mabilis nitong rate ng paglaki at paghahati ng cell. Bilang karagdagan, sa kalikasan mayroong isang malawak na pagkakaiba-iba ng mikrobyo na metabolic.

Ang mga mikrobyo ay maaaring isaalang-alang na mga makina ng kemikal, na nagbabago ng iba't ibang mga sangkap sa loob at labas. Ito ay dahil sa aktibidad ng enzymatic nito, na nagpapabilis ng mga rate ng mga tiyak na reaksyon ng kemikal.

Pagsasaayos sa napaka magkakaibang mga kapaligiran

Sa pangkalahatan, ang microbial microhabitat ay dynamic at heterogenous na may paggalang sa uri at dami ng mga nutrisyon na naroroon, pati na rin ang kanilang mga kondisyon sa pisika.

Mayroong microbial ecosystems:

• Terestrial (sa mga bato at lupa).
• Aquatic (sa mga karagatan, lawa, lawa, ilog, mainit na bukal, aquifers).
• Kaugnay ng mas mataas na mga organismo (halaman at hayop).

Matinding kapaligiran

Ang mga mikroorganismo ay matatagpuan sa halos lahat ng kapaligiran sa planeta ng Earth, pamilyar o hindi sa mas mataas na mga porma ng buhay.

Mga kapaligiran na may matinding kundisyon tungkol sa temperatura, kaasinan, pH at pagkakaroon ng tubig (bukod sa iba pang mga mapagkukunan), kasalukuyan ang "Extremophilic" microorganism. Ang mga ito ay madalas na maging archaea (o archaebacteria), na bumubuo ng isang pangunahing biological domain na naiiba mula sa Bacteria at Eukarya, na tinatawag na Archaea.

Larawan 2. Mga ugat ng Extremophilic microorganism. Kaliwa: Mainit na tubig ng tagsibol sa Yellowstone National Park, kung saan pinag-aralan ang mga thermophilic microorganism (Pinagmulan: Jim Peaco, National Park Service, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons). Kanan: Antarctica, isang lugar kung saan pinag-aralan ang mga psychrophilic microorganism (Pinagmulan: pxhere.com).

Extremophilic microorganism

Kabilang sa malawak na iba't ibang mga Extremophilic microorganism, ay:

• Thermophiles: na nagpapakita ng pinakamainam na paglaki sa mga temperatura sa itaas 40 ° C (mga naninirahan sa thermal spring).
• Psychrophiles: ng pinakamainam na paglaki sa mga temperatura sa ibaba 20 ° C (mga residente ng mga lugar na may yelo).
• Acidophilic: na may pinakamainam na paglaki sa ilalim ng mga kondisyon ng mababang pH, malapit sa 2 (acid). Kasalukuyan sa acidic hot spring at underwater volcanic crevice.
• Halophiles: nangangailangan ng mataas na konsentrasyon ng asin (NaCl) na palaguin (tulad ng sa mga brines).
• Xerophiles: may kakayahang makaligtas sa tagtuyot, iyon ay, mababang aktibidad ng tubig (mga naninirahan sa mga disyerto tulad ng Atacama sa Chile).

Ang molekular na biyolohiya na inilalapat sa microbiology ng kapaligiran

Ang paghihiwalay ng mikrobyo at kultura

Upang pag-aralan ang mga pangkalahatang katangian at metabolic capacities ng isang microorganism, dapat itong: ihiwalay mula sa likas na kapaligiran at itago sa purong kultura (walang iba pang mga microorganism) sa laboratoryo.

Larawan 3. Pagbubukod ng mikrobyo sa laboratoryo. Kaliwa: filamentous fungi na lumalaki sa solid culture medium (Pinagmulan: https://www.maxpixel.net/Strains-Growing-Cultures-Mold-Petri-Dishes-2035457). Kanang: paghihiwalay ng isang bakterya na pilay ng diskarte sa pag-ubos ng punla (Source: Drhx, mula sa Wikimedia Commons).

1% lamang ng mga microorganism na umiiral sa likas na katangian ang na-ihiwalay at nilinang sa laboratoryo. Ito ay dahil sa kakulangan ng kaalaman sa mga tiyak na kinakailangan sa nutrisyon at kahirapan sa pag-simulate ng malawak na iba't ibang mga umiiral na mga kondisyon sa kapaligiran.

Mga tool sa biyolohiya ng Molekular

Ang application ng mga molekular na pamamaraan ng biology sa larangan ng microbial ecology ay naging posible upang tuklasin ang umiiral na biobiversity ng microbial, nang hindi nangangailangan ng paghihiwalay at paglilinang nito sa laboratoryo. Ginagawa pa nitong posible upang matukoy ang mga microorganism sa kanilang likas na microhabitats, iyon ay, kung saan.

Ito ay lalong mahalaga sa pag-aaral ng Extremophilic microorganism, na ang pinakamainam na mga kondisyon ng paglago ay kumplikado upang gayahin sa laboratoryo.

Sa kabilang banda, ang teknolohiyang DNA ng recombinant sa paggamit ng mga genetic na binagong mga microorganism ay pinapayagan ang pagtanggal ng mga polluting sangkap mula sa kapaligiran sa mga proseso ng bioremediation.

Pag-aralan ang mga lugar ng microbiology sa kapaligiran

Tulad ng una na ipinapahiwatig, ang iba't ibang mga lugar ng pag-aaral ng kapaligiran microbiology ay kasama ang mga disiplina ng microbial ecology, geomicrobiology, at bioremediation.

-Microbial ekolohiya

Ang mikrobyo ekolohiya ay nagsasama ng microbiology na may teolohikal na teorya, sa pamamagitan ng pag-aaral ng pagkakaiba-iba ng mga papel na ginagampanan ng microbial sa kanilang likas na kapaligiran.

Ang mga mikroorganismo ay kumakatawan sa pinakamalaking biomass sa planeta ng Earth, kaya hindi nakakagulat na ang kanilang mga pag-andar o ekolohikal na ekolohiya ay nakakaapekto sa kasaysayan ng ekolohiya ng ekosistema.

Ang isang halimbawa ng impluwensyang ito ay ang hitsura ng mga aerobic form na buhay salamat sa akumulasyon ng oxygen (O ₂ ) sa primitive na kapaligiran, na nabuo ng potosintetikong aktibidad ng cyanobacteria.

Mga patlang ng pananaliksik ng microbial ecology

Ang microbial ecology ay transversal sa lahat ng iba pang mga disiplina ng microbiology, at mga pag-aaral:

• Pagkakaiba-iba ng mikrobyo at kasaysayan ng ebolusyon nito.
• Pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga microorganism sa isang populasyon at sa pagitan ng mga populasyon sa isang komunidad.
• Pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga microorganism at halaman.
• Phytopathogens (bacterial, fungal at viral).
• Pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga microorganism at hayop.
• Ang mga microbial na komunidad, ang kanilang komposisyon at mga proseso ng sunud-sunod.
• Ang mga adaptasyon ng mikrobyo sa mga kondisyon ng kapaligiran.
• Ang mga uri ng microbial habitats (kapaligiran-kapaligiran, hydro-ecosphere, litho-ecosphere at matinding tirahan).

-Geomicrobiology

Ang pag-aaral ng Geomicrobiology ang mga aktibidad na microbial na nakakaapekto sa mga pang-terrestrial na geological at geochemical na proseso (biogeochemical cycle).

Nangyayari ito sa kalangitan, hydrosofe at geosmos, partikular sa mga kapaligiran tulad ng mga kamakailan na mga sediment, mga katawan ng tubig sa lupa na nakikipag-ugnay sa mga sedimentary at igneous na mga bato, at sa naka-weather na crust ng lupa.

Dalubhasa ito sa mga microorganism na nakikipag-ugnay sa mga mineral sa kanilang kapaligiran, pag-dissolve, pagbabagong-anyo, pag-end sa kanila, bukod sa iba pa.

Mga patlang ng pananaliksik sa Geomicrobiology

Mga pag-aaral ng Geomicrobiology:

• Ang mga pakikipag-ugnay sa mikrobyo sa mga prosesong geolohiko (pagbuo ng lupa, pagkasira ng bato, synthesis at pagkasira ng mga mineral at fossil fuels).
• Ang pagbuo ng mga mineral ng pinagmulang microbial, alinman sa pag-ulan o sa pamamagitan ng pagkabulok sa ekosistema (halimbawa, sa mga aquifers).
• Ang interbensyon ng mikrobyo sa mga biogeochemical cycle ng geosphere.
• Ang mga pakikipag-ugnay sa mikrobyo na bumubuo ng mga hindi nais na kumpol ng mga microorganism sa isang ibabaw (biofouling). Ang mga biofouling na ito ay maaaring maging sanhi ng pagkasira ng mga ibabaw na kanilang pinaninirahan. Halimbawa, maaari nilang mai-corrode ang mga ibabaw ng metal (biocorrosion).
• Fossil na katibayan ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga microorganism at mineral mula sa kanilang primitive na kapaligiran.

Halimbawa, ang mga stromatolite ay stratified fossil na mga istruktura ng mineral mula sa mababaw na tubig. Ang mga ito ay binubuo ng mga carbonates mula sa mga dingding ng primitive cyanobacteria.

Larawan 4. Sa kaliwa: fossil stromatolites sa mababaw na tubig (Kaliwa pinagmulan ng larawan: https://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:StromatolitheAustralie2.jpeg). Kanan: detalye ng stromatolites (Tamang pinagmulan ng larawan: https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:StromatoliteUL02.JPG).

-Bioremediation

Pinag-aaralan ng Bioremediation ang aplikasyon ng mga ahente ng biological (microorganism at / o ang kanilang mga enzim at halaman), sa mga proseso ng pagbawi ng mga soils at tubig na kontaminado sa mga sangkap na mapanganib sa kalusugan ng tao at sa kapaligiran.

Larawan 5. Kontaminasyon ng langis sa rainforest ng Ecuadorian Amazon. Pinagmulan: Ecuador Foreign Ministry, sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Marami sa mga problema sa kapaligiran na kasalukuyang umiiral ay maaaring malutas sa paggamit ng microbial na sangkap ng pandaigdigang ekosistema.

Mga patlang ng pananaliksik ng bioremediation

Mga pag-aaral ng bioremediation:

• Ang microbial metabolic capacities naaangkop sa mga proseso ng kalinisan sa kapaligiran.
• Ang mga pakikipag-ugnay sa mikrobyo sa mga organikong hindi organikong at xenobiotic (nakakalason na mga produktong gawa, hindi nalilikha ng mga natural na proseso ng biosynthetic). Kabilang sa mga pinaka-pinag-aralan na xenobiotic compound ay mga halocarbons, nitroaromatics, polychlorinated biphenyls, dioxins, alkylbenzyl sulphonates, petrolyo hydrocarbons at pestisidyo. Kabilang sa mga pinaka-pinag-aralan na mga elemento ng hindi organikong mga mabibigat na metal.
• Ang biodegradability ng mga pollutant sa kapaligiran sa lugar at sa laboratoryo.

Aplikasyon ng microbiology sa kapaligiran

Kabilang sa maraming mga aplikasyon ng malawak na agham na ito, maaari nating banggitin:

• Ang pagtuklas ng mga bagong landas na mikrobyo na may mga potensyal na aplikasyon sa mga proseso ng komersyal na halaga.
• Ang pagbabagong-tatag ng mga relasyon sa microbial phylogenetic.
• Ang pagsusuri ng mga aquifer at pampublikong inuming tubig.
• Dissolution o leaching (bioleaching) ng mga metal sa medium, para sa kanilang paggaling.
• Biohydrometallurgy o biomining ng mabibigat na metal, sa mga proseso ng bioremediation ng mga kontaminadong lugar.
• Ang biocontrol ng mga microorganism na kasangkot sa biocorrosion ng mga radioact container container ay natunaw sa underground aquifers.
• Ang pagbabagong-tatag ng primitive na kasaysayan ng terrestrial, ang palaeoenvironment at ang mga primitive na anyo ng buhay.
• Ang konstruksyon ng mga kapaki-pakinabang na modelo sa paghahanap para sa fossilized na buhay sa iba pang mga planeta, tulad ng Mars.
• Ang kalinisan ng mga lugar na nahawahan ng xenobiotic o hindi organikong sangkap, tulad ng mabibigat na metal.

Mga Sanggunian

1. Ehrlich, HL at Newman, DK (2009). Geomicrobiology. Ikalimang edisyon, CRC Press. pp 630.
2. Malik, A. (2004). Ang bioremediation ng metal sa pamamagitan ng lumalaking mga cell. Environment International, 30 (2), 261–278. doi: 10.1016 / j.envint.2003.08.001.
3. McKinney, RE (2004). Microbiology sa Pagkontrol sa Polusyon sa Kapaligiran. M. Dekker. pp 453.
4. Prescott, LM (2002). Mikrobiology. Ikalimang edisyon, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. pp 1147.
5. 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.
6. 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.