MIKROBIYAL EKOLOJI: TARIH, ÇALIŞMANIN AMACI VE UYGULAMALARI - BIYOLOJI - 2024

Mikrobiyal ekoloji mikrobiyoloji (: Küçük, biyografiler: hayatı, logolar: Çalışma MIKROS) ekolojik ilkelerin uygulanmasından doğan çevresel mikrobiyoloji bir disiplindir.

Bu disiplin, mikroorganizmaların çeşitliliğini (mikroskobik tek hücreli organizmalar 1'den 30 µm'ye kadar), bunların diğer canlılarla ve çevreyle olan ilişkilerini inceler.

Şekil 1. Arıtılmamış su örneklerinde etkileşen algler, bakteriler ve amipli protozoa. Kaynak: CDC / Janice Haney Carr, publicdomainfiles.com

Mikroorganizmalar en büyük karasal biyokütleyi temsil ettiğinden, ekolojik faaliyetleri ve işlevleri tüm ekosistemleri derinden etkiler.

Siyanobakterilerin erken fotosentetik aktivitesi ve buna bağlı olarak ilkel atmosferde oksijen birikimi (O ₂ ), Dünya gezegenindeki yaşamın evrimsel tarihindeki mikrobiyal etkinin en açık örneklerinden birini temsil ediyor.

Bu, atmosferdeki oksijenin varlığının, mevcut tüm aerobik yaşam formlarının ortaya çıkmasına ve evrimine izin verdiği düşünüldüğünde.

Şekil 2. Spiral şeklindeki siyanobakteriler. Kaynak: flickr.com/photos/hinkelstone/23974806839

Mikroorganizmalar, Dünya'daki yaşam için sürekli ve gerekli bir faaliyet sürdürürler. Biyosferin mikrobiyal çeşitliliğini koruyan mekanizmalar, kara, su ve hava ekosistemlerinin dinamiklerinin temelini oluşturur.

Önemi göz önüne alındığında, mikrobiyal toplulukların olası yok oluşu (habitatlarının endüstriyel toksik maddelerle kirlenmesi nedeniyle), işlevlerine bağlı olarak ekosistemlerin yok olmasına neden olacaktır.

Mikrobiyal ekolojinin tarihi

Ekolojinin ilkeleri

20. yüzyılın ilk yarısında, doğal ortamlarında “daha ​​yüksek” bitki ve hayvanların incelenmesi dikkate alınarak genel ekoloji ilkeleri geliştirilmiştir.

Mikroorganizmalar ve ekosistem işlevleri, gezegenin ekolojik tarihindeki büyük önemlerine rağmen, hem en büyük karasal biyokütleyi temsil ettikleri hem de Dünya'daki yaşamın evrimsel tarihindeki en eski organizmalar oldukları için göz ardı edildi. .

O zamanlar, sadece mikroorganizmalar, bazı besin döngülerinde organik madde ayrıştırıcı, mineralleştirici ve aracı olarak kabul edildi.

Mikrobiyoloji

Bilim adamları Louis Pasteur ve Robert Koch, tek bir hücreden inen tek hücre tipini içeren aksenik mikrobiyal kültür tekniğini geliştirerek mikrobiyoloji disiplinini kurmuş sayılırlar.

Şekil 3. Axenic bakteri kültürü. Kaynak: Pixabay.com

Bununla birlikte, aksenik kültürlerde mikrobiyal popülasyonlar arasındaki etkileşimler incelenememiştir. Doğal habitatlarında (ekolojik ilişkilerin özü) mikrobiyal biyolojik etkileşimlerin incelenmesine izin verecek yöntemler geliştirmek gerekliydi.

Mikroorganizmalar arasındaki etkileşimleri, topraktaki etkileşimleri ve bitkilerle olan etkileşimleri inceleyen ilk mikrobiyologlar Sergéi Winogradsky ve Martinus Beijerinck'ti, çoğunluğu ise ticari ilgi konusu olan hastalıklar veya fermantasyon süreçleriyle ilgili mikroorganizmaların aksenik kültürlerini incelemeye odaklandı.

Winogradsky ve Beijerinck, özellikle topraktaki inorganik nitrojen ve kükürt bileşiklerinin mikrobiyal biyotransformasyonlarını inceledi.

Mikrobiyal ekoloji

1960'ların başlarında, çevresel kalite endişesi ve endüstriyel faaliyetlerin kirletici etkisi çağında, mikrobiyal ekoloji bir disiplin olarak ortaya çıktı. Amerikalı bilim adamı Thomas D. Brock, 1966'da konuyla ilgili bir metnin ilk yazarıydı.

Bununla birlikte, mikrobiyal ekolojinin, diğerlerinin yanı sıra ekoloji, hücre ve moleküler biyoloji, biyojeokimya gibi diğer bilimsel dallara bağlı olduğu için özel bir multidisipliner alan olarak konsolide edildiği 1970'lerin sonundaydı.

Şekil 4. Mikrobiyal etkileşimler. Kaynak: Public Health Image Library, publicdomainfiles.com adresinde

Mikrobiyal ekolojinin gelişimi, mikroorganizmalar ve çevrelerinin biyotik ve abiyotik faktörleri arasındaki etkileşimleri incelemeye izin veren metodolojik gelişmelerle yakından ilgilidir.

1990'larda, moleküler biyoloji teknikleri mikrobiyal ekolojinin in situ çalışmasına dahil edildi ve mikrobiyal dünyada var olan geniş biyoçeşitliliği keşfetme ve ayrıca aşırı koşullar altındaki ortamlardaki metabolik faaliyetlerini bilme imkanı sundu.

Şekil 5. Mikrobiyal etkileşimler. Kaynak. Janice Haney Carr, USCDCP, pixnio.com adresinde

Daha sonra rekombinant DNA teknolojisi, çevresel kirletici maddelerin ortadan kaldırılmasında ve ayrıca ticari açıdan önemli haşerelerin kontrolünde önemli ilerlemelere izin verdi.

Mikrobiyal ekolojide yöntemler

Mikroorganizmaların ve metabolik aktivitelerinin yerinde çalışılmasına izin veren yöntemler arasında şunlar vardır:

• Konfokal lazer mikroskobu.
• Karmaşık mikrobiyal toplulukların incelenmesine izin veren floresan gen probları gibi moleküler araçlar.
• Polimeraz zincir reaksiyonu veya PCR (İngilizce kısaltması için: Polimeraz Zincir Reaksiyonu).
• Diğerlerinin yanı sıra, mikrobiyal metabolik aktivitenin ölçülmesini sağlayan radyoaktif belirteçler ve kimyasal analizler.

Alt disiplinler

Mikrobiyal ekoloji genellikle aşağıdaki gibi alt disiplinlere ayrılır:

• Genetik olarak ilgili popülasyonların otoekolojisi veya ekolojisi.
• Belirli bir ekosistemdeki (karasal, havadan veya suda yaşayan) mikrobiyal toplulukları inceleyen mikrobiyal ekosistemlerin ekolojisi.
• Biyojeokimyasal süreçleri inceleyen mikrobiyal biyojeokimyasal ekoloji.
• Konakçı ve mikroorganizmalar arasındaki ilişkilerin ekolojisi.
• Mikrobiyal ekoloji, çevresel kirlenme sorunlarına ve müdahale edilen sistemlerde ekolojik dengenin restorasyonunda uygulanır.

Çalışma alanları

Mikrobiyal ekoloji çalışma alanları arasında:

• Mikrobiyal evrim ve fizyolojik çeşitliliği, yaşamın üç alanı göz önüne alındığında; Bakteriler, Arquea ve Eucaria.
• Mikrobiyal filogenetik ilişkilerin yeniden inşası.
• Çevrelerindeki mikroorganizmaların sayısı, biyokütlesi ve aktivitesinin kantitatif ölçümleri (kültürlenemeyenler dahil).
• Mikrobiyal bir popülasyondaki olumlu ve olumsuz etkileşimler.
• Farklı mikrobiyal popülasyonlar arasındaki etkileşimler (tarafsızlık, komensalizm, sinerjizm, karşılıklılık, rekabet, amensalizm, parazitizm ve avlanma).
• Mikroorganizmalar ve bitkiler arasındaki etkileşimler: rizosferde (azot bağlayıcı mikroorganizmalar ve mikorizal mantarlarla) ve bitki hava yapılarında.
• Bitki patojenleri; bakteriyel, fungal ve viral.
• Mikroorganizmalar ve hayvanlar arasındaki etkileşimler (diğerleri arasında karşılıklı ve ortak bağırsak simbiyozu, avlanma).
• Mikrobiyal topluluklarda kompozisyon, işleyiş ve ardışık süreçler.
• Aşırı çevresel koşullara mikrobiyal adaptasyonlar (Ekstremofilik mikroorganizmaların incelenmesi).
• Mikrobiyal habitat türleri (atmosfer-ekosfer, hidro-ekosfer, lito-ekosfer ve ekstrem habitatlar).
• Mikrobiyal topluluklardan etkilenen biyojeokimyasal döngüler (diğerleri arasında karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen, sülfür, fosfor, demir döngüleri).
• Çevre sorunlarında ve ekonomik açıdan çeşitli biyoteknolojik uygulamalar.

Uygulamalar

Mikroorganizmalar, çevre ve insan sağlığının korunmasına izin veren küresel süreçlerde çok önemlidir. Ek olarak, sayısız popülasyon etkileşimi (örneğin avlanma) çalışmasında bir model görevi görürler.

Mikroorganizmaların temel ekolojisinin ve çevre üzerindeki etkilerinin anlaşılması, farklı ekonomik ilgi alanlarına uygulanabilen biyoteknolojik metabolik kapasitelerin tanımlanmasını mümkün kılmıştır. Bu alanlardan bazıları aşağıda belirtilmiştir:

• Metalik yapıların aşındırıcı biyofilmleri ile biyolojik bozunmanın kontrolü (diğerleri arasında boru hatları, radyoaktif atık kapları gibi).
• Zararlıların ve patojenlerin kontrolü.
• Aşırı sömürü nedeniyle bozulan tarım topraklarının restorasyonu.
• Kompostlama ve depolama alanlarında katı atıkların biyolojik olarak işlenmesi.
• Atık su arıtma sistemleri aracılığıyla atık suların biyolojik olarak arıtılması (örneğin, hareketsiz biyofilmler kullanılarak).
• İnorganik maddelerle (ağır metaller gibi) veya ksenobiyotiklerle (doğal biyosentetik işlemlerle üretilmeyen toksik sentetik ürünler) kirlenmiş toprakların ve suların biyolojik ıslahı. Bu ksenobiyotik bileşikler arasında halokarbonlar, nitroaromatikler, poliklorlu bifeniller, dioksinler, alkilbenzil sülfonatlar, petrol hidrokarbonları ve pestisitler yer alır.

Şekil 6. Endüstriyel kaynaklı maddelerle çevre kirliliği. Kaynak: Pixabay.com

• Biyolojik özütleme yoluyla minerallerin biyolojik keşfi (örneğin, altın ve bakır).
• Biyoyakıt (diğer hidrokarbonlar arasında etanol, metan) ve mikrobiyal biyokütle üretimi.

Referanslar

1. Kim, MB. (2008). Çevresel Mikrobiyolojide İlerleme. Myung-Bo Kim Editör. sayfa 275.
2. Madigan, MT, Martinko, JM, Bender, KS, Buckley, DH Stahl, DA ve Brock, T. (2015). Brock mikroorganizmaların biyolojisi. 14 ed. Benjamin Cummings. s. 1041.
3. Madsen, EL (2008). Çevresel Mikrobiyoloji: Genomlardan Biyojeokimyaya. Wiley-Blackwell. s 490.
4. McKinney, RE (2004). Çevre Kirliliği Kontrolü Mikrobiyolojisi. M. Dekker. s 453.
5. Prescott, LM (2002). Mikrobiyoloji. Beşinci baskı, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. s. 1147.
6. Van den Burg, B. (2003). Yeni enzimler için bir kaynak olarak ekstremofiller. Mikrobiyolojide Güncel Görüş, 6 (3), 213–218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
7. Wilson, SC ve Jones, KC (1993). Polinükleer aromatik hidrokarbonlarla (PAH'lar) kirlenmiş toprağın bioremediasyonu: Bir inceleme. Çevre Kirliliği, 81 (3), 229–249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.