Lịch sử sinh thái vi sinh vật, đối tượng nghiên cứu và ứng dụng



các sinh thái vi sinh vật là một môn học về vi sinh học môi trường phát sinh từ việc áp dụng các nguyên tắc sinh thái vào vi sinh vật học (mikros: nhỏ, tiểu sử: cuộc sống, logo: học tập).

Bộ môn này nghiên cứu sự đa dạng của vi sinh vật (vi sinh vật đơn bào siêu nhỏ từ 1 đến 30 m), mối quan hệ giữa chúng với phần còn lại của sinh vật và với môi trường.

Vì các vi sinh vật đại diện cho sinh khối trên cạn lớn nhất, các hoạt động và chức năng sinh thái của chúng ảnh hưởng sâu sắc đến tất cả các hệ sinh thái.

Hoạt động quang hợp sớm của vi khuẩn lam và sự tích tụ oxy (O2) trong bầu khí quyển nguyên thủy, đại diện cho một trong những ví dụ rõ ràng nhất về ảnh hưởng của vi sinh vật trong lịch sử tiến hóa của sự sống trên hành tinh Trái đất.

Điều này, cho rằng sự hiện diện của oxy trong khí quyển, cho phép sự xuất hiện và tiến hóa của tất cả các dạng sống hiếu khí hiện có.

Các vi sinh vật duy trì một hoạt động liên tục và cần thiết cho sự sống trên Trái đất. Các cơ chế duy trì sự đa dạng vi sinh vật của sinh quyển là cơ sở của động lực học của các hệ sinh thái trên cạn, dưới nước và trên không.

Do tầm quan trọng của nó, sự tuyệt chủng có thể của các cộng đồng vi sinh vật (do ô nhiễm môi trường sống của chúng với các chất độc hại công nghiệp), sẽ tạo ra sự biến mất của các hệ sinh thái phụ thuộc vào chức năng của chúng.

Chỉ số

  • 1 Lịch sử sinh thái vi sinh vật
    • 1.1 Nguyên tắc sinh thái
    • 1.2 Vi sinh
    • 1.3 Sinh thái vi sinh vật
  • 2 phương pháp trong sinh thái vi sinh vật
  • 3 môn học phụ
  • 4 lĩnh vực học tập
  • 5 ứng dụng
  • 6 tài liệu tham khảo

Lịch sử sinh thái vi sinh vật

Nguyên tắc sinh thái

Trong nửa đầu thế kỷ 20, các nguyên tắc của sinh thái học nói chung đã được phát triển, xem xét nghiên cứu về thực vật và động vật "ưu việt" trong môi trường tự nhiên của chúng.

Rõ ràng, các vi sinh vật và chức năng hệ sinh thái của chúng đã bị bỏ qua, mặc dù chúng có tầm quan trọng lớn trong lịch sử sinh thái của hành tinh, vì chúng đại diện cho sinh khối trên cạn lớn nhất và vì chúng là những sinh vật cổ xưa nhất trong lịch sử tiến hóa của sự sống trên Trái đất..

Vào thời điểm đó, chỉ có các vi sinh vật được coi là chất thoái hóa, khoáng hóa các chất hữu cơ và trung gian trong một số chu kỳ dinh dưỡng.

Vi sinh

Người ta coi các nhà khoa học Louis Pasteur và Robert Koch đã thành lập bộ môn vi sinh, phát triển kỹ thuật nuôi cấy vi khuẩn axen, trong đó có một loại tế bào duy nhất, hậu duệ của một tế bào.

Tuy nhiên, trong môi trường nuôi cấy axenic không thể nghiên cứu tương tác giữa các quần thể vi sinh vật. Điều cần thiết là phát triển các phương pháp cho phép nghiên cứu các tương tác sinh học của vi sinh vật trong môi trường sống tự nhiên của chúng (bản chất của các mối quan hệ sinh thái).

Các nhà vi sinh học đầu tiên kiểm tra sự tương tác giữa các vi sinh vật trong đất và tương tác với thực vật là Sergéi Winogradsky và Martinus Beijerinck, trong khi phần lớn tập trung vào nghiên cứu nuôi cấy vi sinh vật liên quan đến bệnh hoặc quá trình lên men của lợi ích thương mại..

Winogradsky và Beijerinck đã nghiên cứu đặc biệt các quá trình sinh học vi sinh vật của các hợp chất nitơ và lưu huỳnh vô cơ trong đất.

Sinh thái vi sinh vật

Đầu những năm 1960, trong thời đại quan tâm đến chất lượng môi trường và tác động gây ô nhiễm của các hoạt động công nghiệp, sinh thái vi sinh vật nổi lên như một môn học. Nhà khoa học người Mỹ Thomas D. Brock, là tác giả đầu tiên của một văn bản về đề tài này vào năm 1966.

Tuy nhiên, vào cuối những năm 1970, hệ sinh thái vi sinh vật được hợp nhất thành một khu vực đa ngành chuyên ngành, vì nó phụ thuộc vào các ngành khoa học khác, như sinh thái học, tế bào và sinh học phân tử, sinh hóa học, trong số những ngành khác..

Sự phát triển của hệ sinh thái vi sinh vật có liên quan chặt chẽ với những tiến bộ phương pháp cho phép chúng ta nghiên cứu sự tương tác giữa các vi sinh vật và các yếu tố sinh học và phi sinh học của môi trường của chúng.

Trong những năm 1990, các kỹ thuật sinh học phân tử đã được đưa vào nghiên cứu bao gồm tại chỗ của hệ sinh thái vi sinh vật, mang đến khả năng khám phá sự đa dạng sinh học rộng lớn tồn tại trong thế giới vi sinh vật và cũng biết các hoạt động trao đổi chất của nó trong môi trường trong điều kiện khắc nghiệt.

Sau đó, công nghệ DNA tái tổ hợp cho phép những tiến bộ quan trọng trong việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm môi trường, cũng như trong việc kiểm soát các loài gây hại có tầm quan trọng thương mại.

Các phương pháp trong sinh thái vi sinh vật

Trong số các phương pháp đã cho phép nghiên cứu tại chỗ của vi sinh vật và hoạt động trao đổi chất của chúng là:

  • Kính hiển vi đồng tiêu với laser.
  • Các công cụ phân tử như đầu dò gen huỳnh quang, cho phép nghiên cứu các cộng đồng vi sinh vật phức tạp.
  • Phản ứng chuỗi polymerase hoặc PCR (viết tắt từ tiếng Anh: Phản ứng chuỗi polymerase).
  • Các chất đánh dấu phóng xạ và phân tích hóa học, cho phép đo hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật, trong số những thứ khác.

Tiểu ngành

Sinh thái vi sinh vật thường được chia thành các phân ngành, chẳng hạn như:

  • Tự động học hoặc sinh thái học của các quần thể liên quan đến di truyền.
  • Hệ sinh thái của các hệ sinh thái vi sinh vật, nghiên cứu các cộng đồng vi sinh vật trong một hệ sinh thái cụ thể (trên cạn, trên không hoặc dưới nước).
  • Hệ sinh thái hóa sinh học vi sinh vật, nghiên cứu các quá trình hóa sinh.
  • Sinh thái học của mối quan hệ giữa vật chủ và vi sinh vật.
  • Sinh thái vi sinh vật áp dụng cho các vấn đề ô nhiễm môi trường và trong việc khôi phục cân bằng sinh thái trong các hệ thống can thiệp.

Khu vực học tập

Giữa các lĩnh vực nghiên cứu của hệ sinh thái vi sinh vật, đó là:

  • Sự tiến hóa của vi sinh vật và sự đa dạng sinh lý của nó, xem xét ba lĩnh vực của cuộc sống; Vi khuẩn, Archaea và Eucaria.
  • Sự tái cấu trúc của các mối quan hệ phát sinh vi sinh vật.
  • Các phép đo định lượng về số lượng, sinh khối và hoạt động của vi sinh vật trong môi trường của chúng (bao gồm cả những người không thể trồng trọt).
  • Tương tác tích cực và tiêu cực trong quần thể vi sinh vật.
  • Sự tương tác giữa các quần thể vi sinh vật khác nhau (chủ nghĩa trung lập, chủ nghĩa cộng sản, hiệp đồng, chủ nghĩa tương hỗ, cạnh tranh, amensalism, ký sinh trùng và dự đoán).
  • Tương tác giữa các vi sinh vật và thực vật: trong rhizosphere (với các vi sinh vật cố định đạm và nấm mycorrhizal), và trong các cấu trúc trên không của thực vật.
  • Các phytopathogens; vi khuẩn, nấm và virus.
  • Sự tương tác giữa các vi sinh vật và động vật (cộng sinh đường ruột và cộng sinh, ăn thịt, giữa những người khác).
  • Thành phần, hoạt động và quá trình kế tiếp trong cộng đồng vi sinh vật.
  • Sự thích nghi của vi sinh vật với các điều kiện môi trường khắc nghiệt (nghiên cứu về vi sinh vật cực trị).
  • Các loại môi trường sống của vi sinh vật (atmo-ecosphere, hydro-ecosphere, litho-ecosphere).
  • Các chu trình hóa sinh học bị ảnh hưởng bởi các cộng đồng vi sinh vật (chu trình của carbon, hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh, phốt pho, sắt, trong số những người khác).
  • Ứng dụng công nghệ sinh học đa dạng trong các vấn đề môi trường và lợi ích kinh tế.

Ứng dụng

Vi sinh vật rất cần thiết trong các quy trình toàn cầu cho phép duy trì sức khỏe con người và môi trường. Ngoài ra, chúng đóng vai trò như một mô hình trong nghiên cứu về nhiều tương tác dân số (ví dụ: dự đoán).

Sự hiểu biết về hệ sinh thái cơ bản của vi sinh vật và tác động của chúng đối với môi trường, đã cho phép xác định năng lực trao đổi chất công nghệ sinh học áp dụng cho các lĩnh vực kinh tế khác nhau. Một số trong những lĩnh vực được đề cập dưới đây:

  • Kiểm soát phản xạ sinh học bằng màng sinh học ăn mòn của các cấu trúc kim loại (như đường ống, thùng chứa chất thải phóng xạ, trong số những thứ khác).
  • Kiểm soát sâu bệnh và mầm bệnh.
  • Phục hồi đất nông nghiệp xuống cấp do khai thác quá mức.
  • Xử lý sinh học chất thải rắn trong việc ủ phân và chôn lấp.
  • Xử lý sinh học nước thải, thông qua các hệ thống xử lý nước thải (ví dụ, thông qua các màng sinh học cố định).
  • Xử lý sinh học đất và nước bị ô nhiễm các chất vô cơ (như kim loại nặng) hoặc xenobamel (sản phẩm tổng hợp độc hại, không được tạo ra bởi các quá trình sinh tổng hợp tự nhiên). Trong số các hợp chất xenobiotic này là halocarbons, nitroaromatics, polychlorination biphenyls, dioxins, alkylbenzyl sulfonates, hydrocarbon dầu mỏ và thuốc trừ sâu..
  • Xử lý sinh học các khoáng chất thông qua quá trình lọc sinh học (ví dụ: vàng và đồng).
  • Sản xuất nhiên liệu sinh học (ethanol, metan, trong số các hydrocarbon khác) và sinh khối vi sinh vật.

Tài liệu tham khảo

  1. Kim, M-B. (2008). Tiến bộ vi sinh môi trường. Biên tập viên Myung-Bo Kim. Trang 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S., Buckley, D.H. Stahl, D.A.and Brock, T. (2015). Brock sinh học của vi sinh vật. 14 ed. Cummings. Trang 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Vi sinh vật môi trường: Từ bộ gen đến hóa sinh. Wiley-Blackwell. Trang 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Vi sinh vật kiểm soát ô nhiễm môi trường. M. Dekker trang 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Vi sinh Ấn bản thứ năm, McGraw-Hill Science / Engineering / Math. trang 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles như một nguồn cho các enzyme mới. Ý kiến ​​hiện tại về Vi sinh vật học, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C., và Jones, K.C. (1993). Xử lý sinh học đất bị ô nhiễm hydrocarbon thơm đa nhân (PAHs): Một đánh giá. Ô nhiễm môi trường, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.