تاريخ علم البيئة الميكروبية ، موضوع الدراسة والتطبيقات

ال علم البيئة الميكروبية هو مجال علم الأحياء الدقيقة البيئية الذي ينشأ من تطبيق المبادئ البيئية على علم الأحياء المجهرية (MIKROS: صغير, السير: الحياة, الشعارات: دراسة).

يدرس هذا التخصص تنوع الكائنات الحية الدقيقة (الكائنات المجهرية أحادية الخلية من 1 إلى 30 ميكرون) ، والعلاقات بين هذه الكائنات مع بقية الكائنات الحية ومع البيئة.

نظرًا لأن الكائنات الحية الدقيقة تمثل أكبر الكتلة الحيوية الأرضية ، فإن أنشطتها ووظائفها البيئية تؤثر بشدة على جميع النظم الإيكولوجية.

نشاط التمثيل الضوئي المبكر للبكتيريا الزرقاء وما يترتب عليه من تراكم الأكسجين (O₂) في الجو البدائي ، يمثل أحد أوضح الأمثلة للتأثير الميكروبي في تاريخ الحياة التطوري على كوكب الأرض.

هذا ، بالنظر إلى أن وجود الأكسجين في الغلاف الجوي ، سمح ظهور وتطور جميع أشكال الحياة الهوائية الحالية.

الكائنات الحية الدقيقة الحفاظ على النشاط المستمر والأساسي للحياة على الأرض. الآليات التي تحافظ على التنوع الميكروبي في المحيط الحيوي هي أساس ديناميكيات النظم الإيكولوجية الأرضية والمائية والجوية.

بالنظر إلى أهميتها ، فإن الانقراض المحتمل للمجتمعات الميكروبية (بسبب تلوث موائلها بالمواد السامة الصناعية) ، سيؤدي إلى اختفاء النظم الإيكولوجية التي تعتمد على وظائفها.

مؤشر

• 1 تاريخ البيئة الميكروبية
  • 1.1 مبادئ البيئة
  • 1.2 علم الأحياء الدقيقة
  • 1.3 علم البيئة الميكروبية
• 2 طرق في علم البيئة الميكروبية
• 3 التخصصات الفرعية
• 4 مجالات الدراسة
• 5 تطبيقات
• 6 المراجع

تاريخ البيئة الميكروبية

مبادئ علم البيئة

في النصف الأول من القرن العشرين ، تم تطوير مبادئ البيئة العامة ، مع مراعاة دراسة النباتات والحيوانات "المتفوقة" في بيئتها الطبيعية.

من الواضح أنه تم تجاهل الكائنات الحية الدقيقة ووظائفها الإيكولوجية ، على الرغم من أهميتها الكبيرة في التاريخ البيئي للكوكب ، سواء لأنها تمثل أكبر كتلة حيوية أرضية ، ولأنها أقدم الكائنات الحية في التاريخ التطوري للحياة على الأرض..

في ذلك الوقت ، تم اعتبار الكائنات الحية الدقيقة فقط مثبطات ، معادن للمواد العضوية ووسطاء في بعض دورات المغذيات.

علم الاحياء المجهري

يعتبر أن العلماء لويس باستور وروبرت كوخ أسسوا علم الأحياء المجهرية ، حيث طوروا تقنية الاستنبات الميكروبي المحوري ، والتي تحتوي على نوع واحد من الخلايا ، سليل خلية واحدة.

ومع ذلك ، في الثقافات المحورية لا يمكن دراسة التفاعلات بين المجموعات الميكروبية. كان من الضروري تطوير الأساليب التي سمحت لدراسة التفاعلات البيولوجية الميكروبية في بيئاتها الطبيعية (جوهر العلاقات البيئية).

كان سيرجي وينوجرادسكي ومارتينوس بيجرينك أول من علماء الأحياء الدقيقة الذين درسوا التفاعلات بين الكائنات الحية الدقيقة في التربة والتفاعلات مع النباتات ، بينما ركز معظمهم على دراسة الثقافات المحورية للكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بالأمراض أو عمليات التخمير ذات الاهتمام التجاري..

درس Winogradsky و Beijerinck على وجه الخصوص التحولات الحيوية الميكروبية لمركبات النيتروجين والكبريت غير العضوية في التربة.

علم البيئة الميكروبية

في أوائل الستينيات ، في عصر الاهتمام بجودة البيئة والتأثير الملوث للأنشطة الصناعية ، برزت البيئة الميكروبية كنظام. كان العالم الأمريكي توماس دي بروك أول مؤلف لنص حول هذا الموضوع في عام 1966.

ومع ذلك ، فقد تم توحيد البيئة الميكروبية في نهاية السبعينيات كمنطقة متخصصة متعددة التخصصات ، حيث إنها تعتمد على فروع علمية أخرى ، مثل علم البيئة ، والبيولوجيا الخلوية والجزيئية ، والكيمياء الجيولوجية الحيوية ، وغيرها..

يرتبط تطور البيئة الميكروبية ارتباطًا وثيقًا بالتطورات المنهجية التي تسمح لنا بدراسة التفاعلات بين الكائنات الحية الدقيقة والعوامل الحيوية والبيولوجية في بيئتها..

في 1990s ، تم دمج تقنيات البيولوجيا الجزيئية في الدراسة بما في ذلك في الموقع علم البيئة الميكروبية ، مما يتيح إمكانية استكشاف التنوع البيولوجي الهائل الموجود في العالم الميكروبي ومعرفة أنشطته الأيضية في البيئات تحت الظروف القاسية.

بعد ذلك ، أتاحت تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف تقدمات مهمة في القضاء على الملوثات البيئية ، وكذلك في مكافحة الآفات ذات الأهمية التجارية.

طرق في علم البيئة الميكروبية

من بين الأساليب التي سمحت للدراسة في الموقع الكائنات الحية الدقيقة ونشاطها الأيضي ، هي:

• متحد البؤر المجهري مع الليزر.
• الأدوات الجزيئية مثل تحقيقات الجينات الفلورية ، والتي سمحت بدراسة المجتمعات الميكروبية المعقدة.
• تفاعل البوليميريز المتسلسل أو PCR (لمختصراته باللغة الإنجليزية: تفاعل البلمرة المتسلسل).
• العلامات الإشعاعية والتحليلات الكيميائية ، التي تسمح بقياس نشاط التمثيل الغذائي للميكروبات ، وغيرها.

Subdisciplines

غالبًا ما تنقسم البيئة الميكروبية إلى تخصصات فرعية ، مثل:

• علم النفس أو البيئة من السكان المرتبطة وراثيا.
• بيئة النظم الإيكولوجية للميكروبات ، التي تدرس المجتمعات الميكروبية في نظام إيكولوجي معين (برّي أو جوي أو مائي).
• البيئة الجيوكيميائية الحيوية الميكروبية ، التي تدرس العمليات الجيوكيميائية الحيوية.
• بيئة العلاقات بين المضيف والكائنات الحية الدقيقة.
• تطبق البيئة الميكروبية على مشاكل التلوث البيئي وفي استعادة التوازن البيئي في النظم المتداخلة.

مجالات الدراسة

بين مجالات دراسة البيئة الميكروبية ، هم:

• التطور الميكروبي وتنوعه الفسيولوجي ، مع مراعاة المجالات الثلاثة للحياة ؛ البكتيريا والأركيا وإوكاريا.
• إعادة بناء العلاقات التطورية الميكروبية.
• القياسات الكمية لعدد الكائنات الحية الدقيقة ونشاطها في بيئتها (بما في ذلك الكائنات غير القابلة للزراعة).
• التفاعلات الإيجابية والسلبية داخل مجتمع الميكروبات.
• التفاعلات بين المجموعات الميكروبية المختلفة (الحيادية ، التعايش ، التآزر ، المتبادلة ، المنافسة ، amensalism ، التطفل والافتراس).
• التفاعلات بين الكائنات الحية الدقيقة والنباتات: في منطقة الجذور (مع الكائنات الدقيقة التي تحدد النيتروجين والفطريات الفطرية) ، وفي الهياكل الجوية للنباتات.
• مسببات الأمراض النباتية البكتيرية والفطرية والفيروسية.
• التفاعلات بين الكائنات الحية الدقيقة والحيوانات (التعايش المعوي المتبادل والتساوي ، والافتراس ، وغيرها).
• عمليات التكوين والتشغيل والخلافة في المجتمعات الميكروبية.
• التكيفات الميكروبية مع الظروف البيئية القاسية (دراسة الكائنات الحية الدقيقة المتطرفة).
• أنواع الموائل الميكروبية (atmo-ecosphere ، hydro-ecosphere ، litho-ecosphere والموائل الشديدة).
• تتأثر الدورات الجيوكيميائية الحيوية بالتجمعات الميكروبية (دورات الكربون والهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور والحديد وغيرها).
• تطبيقات تقنية بيولوجية متنوعة في المشكلات البيئية والمصالح الاقتصادية.

تطبيقات

الكائنات الحية الدقيقة ضرورية في العمليات العالمية التي تسمح بالحفاظ على صحة الإنسان والبيئة. بالإضافة إلى ذلك ، فهي بمثابة نموذج في دراسة التفاعلات السكانية العديدة (مثل الافتراس).

إن فهم الإيكولوجيا الأساسية للكائنات الحية الدقيقة وآثارها على البيئة ، قد سمح بتحديد القدرات الأيضية للتكنولوجيا الأحيائية التي تنطبق على المجالات المختلفة ذات الاهتمام الاقتصادي. بعض هذه المجالات مذكورة أدناه:

• السيطرة على التحلل الحيوي بواسطة الأغشية الحيوية المسببة للتآكل في الهياكل المعدنية (مثل خطوط الأنابيب ، حاويات النفايات المشعة ، من بين أمور أخرى).
• مكافحة الآفات ومسببات الأمراض.
• استعادة التربة الزراعية التي تدهورت بسبب الاستغلال المفرط.
• المعالجة الحيوية للنفايات الصلبة في التسميد ومدفن النفايات.
• المعالجة الحيوية للفضلات السائلة ، من خلال أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي (على سبيل المثال ، من خلال الأغشية الحيوية المجمدة).
• المعالجة الحيوية للتربة والمياه الملوثة بالمواد غير العضوية (مثل المعادن الثقيلة) ، أو الأحيائية الحيوية (منتجات تركيبية سامة ، لا تنتجها عمليات التخليق الحيوي الطبيعية). ومن بين هذه المركبات التي تحتوي على كنس الحيوي ، الهالوكربونات ، النتروميات ، ثنائيات الفينيل متعددة الكلور ، الديوكسين ، سلفونات الألكيل بنزيل ، الهيدروكربونات البترولية ومبيدات الآفات..

• المعالجة البيولوجية للمعادن من خلال التبييض (على سبيل المثال ، الذهب والنحاس).
• إنتاج الوقود الحيوي (الإيثانول ، الميثان ، من بين الهيدروكربونات الأخرى) والكتلة الحيوية الميكروبية.

مراجع

1. كيم ، م-ب. (2008). التقدم في علم الأحياء الدقيقة البيئية. ميونج بو كيم مونتير. ص 275.
2. Madigan، M.T.، Martinko، J.M، Bender، K.S.، Buckley، D.H. Stahl، D.A.and Brock، T. (2015). علم الأحياء بروك من الكائنات الحية الدقيقة. 14 إد. بنيامين كامينغز. ص 1041.
3. Madsen، E. L. (2008). علم الأحياء الدقيقة البيئية: من الجينوم إلى الكيمياء الحيوية. ايلي بلاكويل. ص 490.
4. مكيني ، آر. (2004). علم الأحياء الدقيقة لمكافحة التلوث البيئي. م. ديكر ص 453.
5. بريسكوت ، م. (2002). علم الأحياء الدقيقة. الطبعة الخامسة ، مكجرو العلوم / الهندسة / الرياضيات. ص 1147.
6. Van den Burg، B. (2003). المتطرفة كمصدر للأنزيمات الجديدة. الرأي الحالي في علم الأحياء الدقيقة ، 6 (3) ، 213-218. Doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
7. Wilson، S.C، and Jones، K.C. (1993). المعالجة البيولوجية للتربة الملوثة بالهيدروكربونات العطرية متعددة النوى: مراجعة. التلوث البيئي ، 81 (3) ، 229-249. Doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.