Sejarah ekologi mikroba, objek penelitian dan aplikasi



itu ekologi mikroba adalah disiplin mikrobiologi lingkungan yang muncul dari penerapan prinsip-prinsip ekologi ke mikrobiologi (mikros: kecil, bios: hidup, logo: belajar).

Disiplin ini mempelajari keanekaragaman mikroorganisme (organisme uniseluler mikroskopis dari 1 hingga 30 μm), hubungan antara ini dengan sisa makhluk hidup dan dengan lingkungan.

Karena mikroorganisme merupakan biomassa terestrial terbesar, aktivitas dan fungsi ekologinya sangat memengaruhi semua ekosistem.

Aktivitas fotosintesis awal dari cyanobacteria dan akibat akumulasi oksigen (O2) di atmosfer primitif, merupakan salah satu contoh paling jelas dari pengaruh mikroba dalam sejarah evolusi kehidupan di planet Bumi..

Ini, mengingat bahwa keberadaan oksigen di atmosfer, memungkinkan penampilan dan evolusi semua bentuk kehidupan aerobik yang ada.

Mikroorganisme mempertahankan aktivitas berkelanjutan dan penting untuk kehidupan di Bumi. Mekanisme yang mempertahankan keanekaragaman mikroba biosfer adalah dasar dari dinamika ekosistem darat, perairan dan udara..

Mengingat pentingnya, kemungkinan kepunahan komunitas mikroba (karena kontaminasi habitat mereka dengan zat beracun industri), akan menghasilkan hilangnya ekosistem yang tergantung pada fungsinya..

Indeks

  • 1 Sejarah ekologi mikroba
    • 1.1 Prinsip ekologi
    • 1.2 Mikrobiologi
    • 1.3 Ekologi mikroba
  • 2 Metode dalam ekologi mikroba
  • 3 Sub-disiplin ilmu
  • 4 Bidang studi
  • 5 Aplikasi
  • 6 Referensi

Sejarah ekologi mikroba

Prinsip ekologi

Pada paruh pertama abad ke-20 prinsip-prinsip ekologi umum dikembangkan, dengan mempertimbangkan studi tentang tanaman dan hewan "unggul" di lingkungan alaminya..

Jelas, mikroorganisme dan fungsi ekosistemnya diabaikan, meskipun sangat penting dalam sejarah ekologis planet ini, keduanya karena mereka mewakili biomassa terestrial terbesar, dan karena mereka adalah organisme paling kuno dalam sejarah evolusi kehidupan di Bumi..

Pada saat itu, hanya mikroorganisme yang dianggap sebagai degrader, mineralisasi bahan organik dan perantara dalam beberapa siklus nutrisi..

Mikrobiologi

Dianggap bahwa ilmuwan Louis Pasteur dan Robert Koch mendirikan disiplin mikrobiologi, mengembangkan teknik kultur mikroba aksenik, yang berisi jenis sel tunggal, keturunan sel tunggal..

Namun, dalam budaya axenic interaksi antara populasi mikroba tidak dapat dipelajari. Diperlukan pengembangan metode yang memungkinkan untuk mempelajari interaksi biologis mikroba di habitat alami mereka (esensi dari hubungan ekologis).

Mikrobiolog pertama yang meneliti interaksi antara mikroorganisme di dalam tanah dan interaksi dengan tanaman adalah Sergéi Winogradsky dan Martinus Beijerinck, sementara mayoritas berfokus pada mempelajari kultur axenic dari mikroorganisme yang terkait dengan penyakit atau proses fermentasi yang menarik secara komersial..

Winogradsky dan Beijerinck mempelajari khususnya biotransformasi mikroba dari senyawa anorganik nitrogen dan sulfur di dalam tanah.

Ekologi mikroba

Pada awal 1960-an, di era kepedulian terhadap kualitas lingkungan dan dampak kontaminasi dari kegiatan industri, ekologi mikroba muncul sebagai suatu disiplin. Ilmuwan Amerika Thomas D. Brock, adalah penulis pertama dari sebuah teks tentang masalah ini pada tahun 1966.

Namun, pada akhir tahun 1970-an ekologi mikroba dikonsolidasikan sebagai area multidisiplin khusus, karena itu tergantung pada cabang-cabang ilmiah lainnya, seperti ekologi, biologi seluler dan molekuler, biogeokimia, antara lain..

Perkembangan ekologi mikroba terkait erat dengan kemajuan metodologis yang memungkinkan kita untuk mempelajari interaksi antara mikroorganisme dan faktor biotik dan abiotik dari lingkungan mereka..

Pada 1990-an, teknik biologi molekuler dimasukkan ke dalam studi termasuk di situ ekologi mikroba, menawarkan kemungkinan mengeksplorasi keanekaragaman hayati yang ada di dunia mikroba dan juga mengetahui aktivitas metaboliknya di lingkungan dalam kondisi ekstrem.

Selanjutnya, teknologi DNA rekombinan memungkinkan kemajuan penting dalam menghilangkan kontaminan lingkungan, serta dalam pengendalian hama yang memiliki kepentingan komersial..

Metode dalam ekologi mikroba

Di antara metode yang memungkinkan penelitian di situ mikroorganisme dan aktivitas metaboliknya, adalah:

  • Mikroskopi confocal dengan laser.
  • Alat molekuler seperti probe gen fluorescent, yang memungkinkan penelitian komunitas mikroba kompleks.
  • Reaksi rantai polimerase atau PCR (untuk akronimnya dalam bahasa Inggris: Reaksi Rantai Polimerase).
  • Penanda radioaktif dan analisis kimia, yang memungkinkan mengukur aktivitas metabolisme mikroba, antara lain.

Sub-disiplin ilmu

Ekologi mikroba sering dibagi menjadi beberapa sub-disiplin, seperti:

  • Autoecology atau ekologi populasi terkait genetika.
  • Ekologi ekosistem mikroba, yang mempelajari komunitas mikroba dalam ekosistem tertentu (terestrial, aerial atau akuatik).
  • Ekologi biogeokimia mikroba, yang mempelajari proses biogeokimia.
  • Ekologi hubungan antara inang dan mikroorganisme.
  • Ekologi mikroba diterapkan pada masalah kontaminasi lingkungan dan dalam pemulihan keseimbangan ekologis dalam sistem yang diintervensi.

Bidang studi

Antara bidang studi ekologi mikroba, mereka adalah:

  • Evolusi mikroba dan keanekaragaman fisiologisnya, mempertimbangkan tiga bidang kehidupan; Bakteri, Archaea dan Eucaria.
  • Rekonstruksi hubungan filogenetik mikroba.
  • Pengukuran kuantitatif jumlah, biomassa, dan aktivitas mikroorganisme di lingkungan mereka (termasuk yang tidak dapat diolah).
  • Interaksi positif dan negatif dalam populasi mikroba.
  • Interaksi antara populasi mikroba yang berbeda (netralisme, komensalisme, sinergisme, mutualisme, persaingan, amensalisme, parasitisme, dan predasi).
  • Interaksi antara mikroorganisme dan tanaman: di rizosfer (dengan mikroorganisme pengikat nitrogen dan jamur mikoriza), dan dalam struktur udara tanaman.
  • Fitopatogen; bakteri, jamur dan virus.
  • Interaksi antara mikroorganisme dan hewan (simbiosis usus mutual dan komensal, predasi, antara lain).
  • Komposisi, operasi dan proses suksesi dalam komunitas mikroba.
  • Adaptasi mikroba terhadap kondisi lingkungan yang ekstrem (studi mikroorganisme ekstrofil).
  • Jenis-jenis habitat mikroba (atmo-ecosphere, hydro-ecosphere, litho-ecosphere dan habitat ekstrim).
  • Siklus biogeokimia dipengaruhi oleh komunitas mikroba (siklus karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, fosfor, besi, antara lain).
  • Beragam aplikasi bioteknologi dalam masalah lingkungan dan kepentingan ekonomi.

Aplikasi

Mikroorganisme sangat penting dalam proses global yang memungkinkan pemeliharaan kesehatan lingkungan dan manusia. Selain itu, mereka berfungsi sebagai model dalam studi berbagai interaksi populasi (misalnya, predasi).

Pemahaman tentang ekologi dasar mikroorganisme dan pengaruhnya terhadap lingkungan, telah memungkinkan untuk mengidentifikasi kapasitas metabolisme bioteknologi yang berlaku untuk berbagai bidang kepentingan ekonomi. Beberapa area ini disebutkan di bawah ini:

  • Kontrol biodeteriorasi oleh biofilm korosif dari struktur logam (seperti pipa, wadah limbah radioaktif, antara lain).
  • Kontrol hama dan patogen.
  • Restorasi tanah pertanian terdegradasi oleh eksploitasi berlebihan.
  • Biotreatment limbah padat dalam pengomposan dan landfill.
  • Biotreatment efluen, melalui sistem pengolahan air limbah (misalnya, melalui biofilm amobil).
  • Bioremediasi tanah dan air yang terkontaminasi dengan zat anorganik (seperti logam berat), atau xenobiotik (produk sintetis beracun, tidak dihasilkan oleh proses biosintesis alami). Di antara senyawa xenobiotik ini adalah halokarbon, nitroaromatik, bifenil poliklorinasi, dioksin, alkilbenzil sulfonat, hidrokarbon minyak bumi dan pestisida..
  • Bioremediasi mineral melalui bioleaching (misalnya, emas dan tembaga).
  • Produksi biofuel (etanol, metana, antara lain hidrokarbon) dan biomassa mikroba.

Referensi

  1. Kim, M-B. (2008). Kemajuan dalam Mikrobiologi Lingkungan. Editor Myung-Bo Kim. hlm 275.
  2. Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S, Buckley, D.H. Stahl, D.A.and Brock, T. (2015). Kerusakan biologi mikroorganisme. 14 ed. Benjamin Cummings. hlm 1041.
  3. Madsen, E. L. (2008). Mikrobiologi Lingkungan: Dari Genom ke Biogeokimia. Wiley-Blackwell. hlm 490.
  4. McKinney, R. E. (2004). Mikrobiologi Pengendalian Polusi Lingkungan. M. Dekker hlm 453.
  5. Prescott, L. M. (2002). Mikrobiologi Edisi kelima, McGraw-Hill Sains / Teknik / Matematika. hlm 1147.
  6. Van den Burg, B. (2003). Extremophiles sebagai sumber enzim baru. Opini Saat Ini dalam Mikrobiologi, 6 (3), 213-218. doi: 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
  7. Wilson, S.C., dan Jones, K.C. (1993). Bioremediasi tanah yang terkontaminasi dengan hidrokarbon aromatik polinuklear (PAH): Tinjauan. Polusi Lingkungan, 81 (3), 229-249. doi: 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.