ประวัตินิเวศวิทยาของจุลินทรีย์วัตถุประสงค์ของการศึกษาและการประยุกต์

นิเวศวิทยาของจุลินทรีย์ เป็นวินัยของจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อมที่เกิดขึ้นจากการประยุกต์ใช้หลักการทางนิเวศวิทยากับจุลชีววิทยา (Mikros: เล็ก, ไบออส: ชีวิต, โลโก้: การศึกษา).

วินัยนี้ศึกษาความหลากหลายของจุลินทรีย์ (สิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวด้วยกล้องจุลทรรศน์ตั้งแต่ 1 ถึง 30 μm) ความสัมพันธ์ระหว่างสิ่งเหล่านี้กับสิ่งมีชีวิตที่เหลือและสภาพแวดล้อม.

เนื่องจากจุลินทรีย์เป็นตัวแทนของสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่ภาคพื้นดินที่ใหญ่ที่สุดกิจกรรมและหน้าที่ของระบบนิเวศน์จึงส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อระบบนิเวศทั้งหมด.

กิจกรรมการสังเคราะห์แสงในช่วงแรกของไซยาโนแบคทีเรียและการสะสมของออกซิเจนที่เป็นผลสืบเนื่อง₂) ในบรรยากาศดึกดำบรรพ์หมายถึงหนึ่งในตัวอย่างที่ชัดเจนที่สุดของอิทธิพลของจุลินทรีย์ในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลก.

สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าการมีอยู่ของออกซิเจนในบรรยากาศอนุญาตให้มีการปรากฏตัวและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตแอโรบิกที่มีอยู่ทั้งหมด.

จุลินทรีย์รักษากิจกรรมอย่างต่อเนื่องและจำเป็นสำหรับชีวิตบนโลก กลไกที่รักษาความหลากหลายทางจุลินทรีย์ของชีวมณฑลเป็นพื้นฐานของการเปลี่ยนแปลงของระบบนิเวศบนบกทางน้ำและทางอากาศ.

เมื่อพิจารณาถึงความสำคัญการสูญเสียที่เป็นไปได้ของชุมชนจุลินทรีย์ (เนื่องจากการปนเปื้อนของแหล่งที่อยู่อาศัยของพวกเขาด้วยสารพิษจากอุตสาหกรรม) จะทำให้ระบบนิเวศหายไปโดยขึ้นอยู่กับหน้าที่ของพวกมัน.

ดัชนี

• 1 ประวัตินิเวศวิทยาของจุลินทรีย์
  • 1.1 หลักการทางนิเวศวิทยา
  • 1.2 จุลชีววิทยา
  • 1.3 นิเวศวิทยาของจุลินทรีย์
• 2 วิธีในนิเวศวิทยาของจุลินทรีย์
• 3 สาขาย่อย
• 4 พื้นที่ศึกษา
• 5 การใช้งาน
• 6 อ้างอิง

ประวัตินิเวศวิทยาของจุลินทรีย์

หลักการทางนิเวศวิทยา

ในครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 หลักการของนิเวศวิทยาทั่วไปได้รับการพัฒนาโดยพิจารณาจากการศึกษาพืชและสัตว์ "ที่เหนือกว่า" ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ.

เห็นได้ชัดว่าจุลินทรีย์และฟังก์ชั่นระบบนิเวศของพวกเขาถูกละเว้นแม้จะมีความสำคัญอย่างยิ่งในประวัติศาสตร์นิเวศวิทยาของดาวเคราะห์ทั้งสองเพราะพวกเขาเป็นตัวแทนของชีวมวลบกที่ใหญ่ที่สุดและเพราะพวกเขาเป็นสิ่งมีชีวิตที่เก่าแก่ที่สุดในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของชีวิตบนโลก.

ในเวลานั้นมีเพียงจุลินทรีย์ที่พิจารณาว่าเป็นตัวย่อยสลายแร่ธาตุอินทรีย์และสารตัวกลางในวัฏจักรของสารอาหาร.

จุลชีววิทยา

ถือว่านักวิทยาศาสตร์หลุยส์ปาสเตอร์และโรเบิร์ตคอชก่อตั้งวินัยของจุลชีววิทยาพัฒนาเทคนิคการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์แบบ axenic ซึ่งประกอบด้วยเซลล์ชนิดเดียวลูกหลานของเซลล์เดียว.

อย่างไรก็ตามไม่สามารถศึกษาปฏิสัมพันธ์ทางวัฒนธรรมของแอกซอนระหว่างประชากรจุลินทรีย์ได้ จำเป็นต้องมีการพัฒนาวิธีการที่อนุญาตให้ศึกษาปฏิสัมพันธ์ทางชีวภาพของจุลินทรีย์ในแหล่งที่อยู่อาศัยตามธรรมชาติของพวกมัน (สาระสำคัญของความสัมพันธ์ทางนิเวศวิทยา).

นักจุลชีววิทยาคนแรกที่ตรวจสอบปฏิกิริยาระหว่างจุลินทรีย์ในดินและการมีปฏิสัมพันธ์กับพืชคือSergéi Winogradsky และ Martinus Beijerinck ในขณะที่คนส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การศึกษาวัฒนธรรมเกี่ยวกับแกนของจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับโรคหรือกระบวนการหมักเชิงพาณิชย์.

Winogradsky และ Beijerinck ศึกษาโดยเฉพาะอย่างยิ่งการเปลี่ยนรูปทางชีวภาพทางจุลินทรีย์ของสารประกอบอนินทรีย์ไนโตรเจนและสารประกอบกำมะถันในดิน.

นิเวศวิทยาของจุลินทรีย์

ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ในยุคของความกังวลต่อคุณภาพสิ่งแวดล้อมและผลกระทบที่ปนเปื้อนจากกิจกรรมอุตสาหกรรมนิเวศวิทยาของจุลินทรีย์กลายเป็นระเบียบวินัย นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Thomas D. Brock เป็นนักเขียนคนแรกของข้อความในเรื่องในปี 1966.

อย่างไรก็ตามในตอนท้ายของทศวรรษ 1970 มีการรวมระบบนิเวศของจุลินทรีย์เข้าด้วยกันเป็นสาขาวิชาเฉพาะเนื่องจากขึ้นอยู่กับสาขาวิทยาศาสตร์อื่น ๆ เช่นนิเวศวิทยาชีววิทยาเซลล์และโมเลกุลอณูชีววิทยาและอื่น ๆ.

การพัฒนาระบบนิเวศของจุลินทรีย์เกี่ยวข้องกับความก้าวหน้าของระเบียบวิธีที่ช่วยให้เราศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างจุลินทรีย์กับปัจจัยทางชีวภาพและทางชีวภาพของสภาพแวดล้อมของพวกเขา.

ในปี 1990 มีการรวบรวมเทคนิคทางอณูชีววิทยาไว้ในการศึกษา ได้แก่ ในแหล่งกำเนิด ของนิเวศวิทยาของจุลินทรีย์ที่นำเสนอความเป็นไปได้ของการสำรวจความหลากหลายทางชีวภาพที่มีอยู่ในโลกของจุลินทรีย์และรู้กิจกรรมการเผาผลาญในสภาพแวดล้อมภายใต้เงื่อนไขที่รุนแรง.

ต่อจากนั้นเทคโนโลยีของ recombinant DNA อนุญาตให้มีความก้าวหน้าที่สำคัญในการกำจัดสิ่งปนเปื้อนสิ่งแวดล้อมรวมทั้งในการควบคุมศัตรูพืชที่มีความสำคัญเชิงพาณิชย์.

วิธีการทางนิเวศวิทยาของจุลินทรีย์

ในบรรดาวิธีการที่ได้รับอนุญาตให้ทำการศึกษา ในแหล่งกำเนิด ของจุลินทรีย์และกิจกรรมการเผาผลาญของพวกเขาคือ:

• กล้องจุลทรรศน์ Confocal ด้วยเลเซอร์.
• เครื่องมือระดับโมเลกุลเช่นโพรบยีนเรืองแสงซึ่งได้รับอนุญาตให้ทำการศึกษาของชุมชนจุลินทรีย์ที่ซับซ้อน.
• ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรสหรือ PCR (สำหรับคำย่อในภาษาอังกฤษ: ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส).
• เครื่องหมายกัมมันตภาพรังสีและการวิเคราะห์ทางเคมีซึ่งช่วยให้สามารถวัดกิจกรรมการเผาผลาญจุลินทรีย์.

subdisciplines

นิเวศวิทยาของจุลินทรีย์มักถูกแบ่งย่อยเป็นสาขาย่อยเช่น:

• autoecology หรือนิเวศวิทยาของประชากรที่เกี่ยวข้องกับพันธุกรรม.
• นิเวศวิทยาของระบบนิเวศจุลินทรีย์ซึ่งศึกษาชุมชนจุลินทรีย์ในระบบนิเวศเฉพาะ (บก, ทางอากาศหรือทางน้ำ).
• นิเวศวิทยาทางชีวภาพทางชีวภาพจุลินทรีย์ซึ่งศึกษากระบวนการทางชีวภาพทางชีวภาพ.
• นิเวศวิทยาของความสัมพันธ์ระหว่างโฮสต์และจุลินทรีย์.
• นิเวศวิทยาของจุลินทรีย์ที่นำไปใช้กับปัญหาการปนเปื้อนของสิ่งแวดล้อมและในการฟื้นฟูสมดุลของระบบนิเวศในระบบที่ถูกแทรกแซง.

พื้นที่ศึกษา

ระหว่างพื้นที่ของการศึกษานิเวศวิทยาของจุลินทรีย์พวกมันคือ:

• วิวัฒนาการของจุลินทรีย์และความหลากหลายทางสรีรวิทยาโดยพิจารณาจากสามสิ่งมีชีวิต แบคทีเรียอาร์เคียและยูคาเรีย.
• การสร้างใหม่ของความสัมพันธ์ทางสายวิวัฒนาการจุลินทรีย์.
• การวัดเชิงปริมาณของจำนวนชีวมวลและกิจกรรมของจุลินทรีย์ในสภาพแวดล้อมของพวกเขา (รวมถึงที่ไม่สามารถเพาะปลูกได้).
• ปฏิสัมพันธ์เชิงบวกและเชิงลบภายในประชากรจุลินทรีย์.
• ปฏิสัมพันธ์ระหว่างประชากรจุลินทรีย์ที่แตกต่างกัน (ความเป็นกลาง, ความเอนเอียง, การทำงานร่วมกัน, การร่วมมือกัน, การแข่งขัน, amensalism, parasitism และการปล้นสะดม).
• ปฏิสัมพันธ์ระหว่างจุลินทรีย์และพืช: ในไรโซสเฟียร์ (ที่มีจุลินทรีย์ตรึงไนโตรเจนและเชื้อราไมคอไรซา) และในโครงสร้างทางอากาศของพืช.
• Phytopathogens; แบคทีเรียเชื้อราและไวรัส.
• ปฏิสัมพันธ์ระหว่างจุลินทรีย์และสัตว์ (symbiosis ลำไส้ร่วมกันและ commensal, ปล้นสะดมและอื่น ๆ ).
• องค์ประกอบการดำเนินงานและกระบวนการสืบทอดในชุมชนจุลินทรีย์.
• การปรับตัวของจุลินทรีย์ให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (การศึกษาของจุลินทรีย์ extremophile).
• ประเภทของถิ่นที่อยู่ของจุลินทรีย์ (atmo-ecosphere, hydro-ecosphere, litho-ecosphere และที่อยู่อาศัยสุดขีด).
• วัฏจักรชีวชีวเคมีที่ได้รับอิทธิพลจากชุมชนจุลินทรีย์ (วัฏจักรของคาร์บอน, ไฮโดรเจน, ออกซิเจน, ไนโตรเจน, ซัลเฟอร์, ฟอสฟอรัส, เหล็กและอื่น ๆ ).
• การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพที่หลากหลายในปัญหาสิ่งแวดล้อมและผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจ.

การใช้งาน

จุลินทรีย์มีความสำคัญในกระบวนการระดับโลกที่ช่วยให้การบำรุงรักษาสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์ นอกจากนี้ยังใช้เป็นแบบจำลองในการศึกษาปฏิสัมพันธ์ของประชากรจำนวนมาก (เช่นการปล้นสะดม).

ความเข้าใจเกี่ยวกับนิเวศวิทยาพื้นฐานของจุลินทรีย์และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมได้รับอนุญาตให้ระบุความสามารถในการเผาผลาญของเทคโนโลยีชีวภาพที่ใช้กับพื้นที่ต่าง ๆ ที่น่าสนใจทางเศรษฐกิจ บางส่วนของพื้นที่เหล่านี้จะกล่าวถึงด้านล่าง:

• การควบคุมการเกิดไบโอเดอเรียมโดยการกัดกร่อนแผ่นชีวะของโครงสร้างโลหะ (เช่นท่อ, ภาชนะบรรจุกากกัมมันตรังสีเป็นต้น).
• การควบคุมศัตรูพืชและเชื้อโรค.
• การฟื้นฟูดินเกษตรที่เสื่อมโทรมโดยการใช้ประโยชน์เกิน.
• การบำบัดขยะมูลฝอยในการทำปุ๋ยหมักและหลุมฝังกลบ.
• การบำบัดทางชีวภาพของน้ำทิ้งผ่านระบบบำบัดน้ำเสีย (ตัวอย่างเช่นผ่านทางแผ่นชีวะแบบตรึง).
• การบำบัดดินและน้ำที่ปนเปื้อนด้วยสารอนินทรีย์ (เช่นโลหะหนัก) หรือ xenobiotics (ผลิตภัณฑ์สังเคราะห์ที่เป็นพิษซึ่งไม่ได้เกิดจากกระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพตามธรรมชาติ) ในบรรดาสารประกอบ xenobiotic เหล่านี้ ได้แก่ halocarbons, nitroaromatics, polychlorinated biphenyls, ไดออกซิน, alkylbenzyl sulfonates, ไฮโดรคาร์บอนปิโตรเลียมและสารกำจัดศัตรูพืช.

• การบำบัดทางชีวภาพด้วยแร่ชีวภาพผ่านการสกัดชีวภาพ (เช่นทองคำและทองแดง).
• การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ (เอทานอลมีเธนและไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ ) และชีวมวลจุลินทรีย์.

การอ้างอิง

1. คิม M-B (2008) ความก้าวหน้าทางจุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อม. เมียงโบคิมบรรณาธิการ หน้า 275.
2. Madigan, M.T. , Martinko, J.M. , Bender, K.S. , Buckley, D.H. Stahl, D.A.and Brock, T. (2015) เบอร์ทรัมอลชีววิทยาของจุลินทรีย์ 14 ed. Benjamin Cummings หน้า 1041.
3. Madsen, E. L. (2008) จุลชีววิทยาสิ่งแวดล้อม: จากจีโนมไปจนถึงชีวชีวเคมี Wiley-Blackwell หน้า 490.
4. McKinney, R. E. (2004) จุลชีววิทยาควบคุมมลพิษทางสิ่งแวดล้อม. M. Dekker หน้า 453.
5. เพรสคอตต์, แอล. เมตร (2545) จุลชีววิทยา รุ่นที่ห้าวิทยาศาสตร์ / วิศวกรรม / คณิตศาสตร์ McGraw-Hill หน้า 1147.
6. Van den Burg, B. (2003) Extremophiles เป็นแหล่งของเอนไซม์ใหม่ ความคิดเห็นปัจจุบันทางจุลชีววิทยา, 6 (3), 213-218 ดอย: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
7. Wilson, S.C. และ Jones, K.C. (1993) การบำบัดดินที่ปนเปื้อนด้วยสารไฮโดรคาร์บอนโพลีนิวเคลียร์ (PAHs): การทบทวน มลพิษสิ่งแวดล้อม, 81 (3), 229-249 ดอย: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.