Экология микроорганизмов. Экология микробов - статьи для изучения

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 14.12.2024

экологическая микробиология это наука, которая изучает разнообразие и функцию микроорганизмов в их естественной среде и применение их метаболических возможностей в процессах биоремедиации загрязненной почвы и воды. Обычно его разделяют на дисциплины: микробная экология, геомикробиология и биоремедиация..

Микробиология (Mikros: маленький, BIOS: жизнь, логотипы: исследование), междисциплинарным образом изучает широкую и разнообразную группу одноклеточных микроскопических организмов (от 1 до 30 мкм), видимых только через оптический микроскоп (невидимый для человеческого глаза).

Организмы, сгруппированные в области микробиологии, отличаются по многим важным аспектам и относятся к очень разным таксономическим категориям. Они существуют как изолированные или ассоциированные клетки и могут быть:

Основные прокариоты (одноклеточные организмы без определенного ядра), такие как эубактерии и архебактерии.
Простые эукариоты (одноклеточные организмы с определенным ядром), такие как дрожжи, нитчатые грибы, микроводоросли и простейшие.
Вирусы (не клеточные, а микроскопические).

Микроорганизмы способны выполнять все свои жизненно важные процессы (рост, обмен веществ, выработку энергии и размножение) независимо от других клеток того же класса или разных.

1 Соответствующие микробные характеристики
- 1.1 Взаимодействие с внешней средой
- 1.2 Метаболизм
- 1.3 Адаптация к очень разнообразным средам
- 1.4 Экстремальные условия
- 1.5 Экстремофильные микроорганизмы
- 2.1 Выделение и микробная культура
- 2.2 Инструменты молекулярной биологии
- 3.1 - Микробная экология
- 3.2 -Геомикробиология
- 3.3 -Биоредиация
Соответствующие микробные характеристики

Взаимодействие с внешней средой

Одноклеточные организмы свободной жизни особенно подвержены воздействию внешней среды. Кроме того, они имеют как очень маленький размер клеток (что влияет на их морфологию и метаболическую гибкость), так и высокое отношение поверхности к объему, что создает широкие взаимодействия с окружающей средой..

Вследствие этого как выживание, так и микробное экологическое распределение зависят от их способности физиологически адаптироваться к частым изменениям окружающей среды..

метаболизм

Высокое соотношение поверхности / объема приводит к высоким показателям метаболизма микроорганизмов. Это связано с его быстрой скоростью роста и деления клеток. Кроме того, в природе существует большое микробное метаболическое разнообразие..

Микроорганизмами можно считать химические машины, которые преобразуют различные вещества как внутри, так и снаружи. Это связано с его ферментативной активностью, которая ускоряет скорость специфических химических реакций.

Адаптация к очень разнообразным средам

В целом, микробная среда обитания является динамичной и неоднородной в отношении типа и количества присутствующих питательных веществ, а также его физико-химических условий..

Существуют микробные экосистемы:
- Земной (в скалах и почве).
- Водные (в океанах, прудах, озерах, реках, горячих источниках, водоносных горизонтах).
- Связан с высшими организмами (растениями и животными).
Экстремальные условия

Микроорганизмы встречаются практически во всех средах на планете Земля, знакомых или не знакомых с высшими формами жизни..

В средах с экстремальными условиями, такими как температура, соленость, pH и доступность воды (среди прочих ресурсов), присутствуют "экстремофильные" микроорганизмы. В основном это археи (или архебактерии), которые образуют первичный биологический домен, дифференцированный от бактерий и эукарья, называемый архей..

Экстремофильные микроорганизмы

К числу самых разнообразных экстремофильных микроорганизмов относятся:
- Термофилы: демонстрируют оптимальный рост при температуре выше 40 ° C (обитатели термальных источников).
- Психофильный: оптимальный рост при температуре ниже 20 ° C (обитатели мест со льдом).
- Acidófilos: оптимального роста в условиях низкого pH, близкого к 2 (кислота). Присутствует в кислых термальных водах и подводных вулканических трещинах.
- Галофилы: которые требуют высоких концентраций соли (NaCl) для роста (как в рассолах).
- Ксерофилы: способны противостоять засухе, то есть низкой активности воды (обитатели пустынь, таких как Атакама в Чили).
Молекулярная биология применительно к экологической микробиологии

Изоляция и микробная культура

Чтобы изучить общие характеристики и метаболические возможности микроорганизма, он должен быть: изолирован от естественной среды и содержаться в чистой культуре (без других микроорганизмов) в лаборатории.

Только 1% микроорганизмов, существующих в природе, были выделены и культивированы в лаборатории. Это происходит из-за незнания их специфических потребностей в питании и сложности моделирования большого разнообразия существующих условий окружающей среды..

Инструменты молекулярной биологии

Применение методов молекулярной биологии в области микробной экологии позволило нам исследовать существующее микробное биоразнообразие без необходимости его выделения и культивирования в лаборатории. Это даже позволило идентифицировать микроорганизмы в их естественных микробитатах, то есть, на месте.

Это особенно важно при изучении экстремофильных микроорганизмов, оптимальные условия роста которых сложно моделировать в лаборатории..

С другой стороны, технология рекомбинантной ДНК с использованием генетически модифицированных микроорганизмов позволила удалять загрязняющие вещества из окружающей среды в процессах биоремедиации..

Направления изучения экологической микробиологии

Как указывалось изначально, различные области изучения микробиологии окружающей среды включают дисциплины микробной экологии, геомикробиологии и биоремедиации..

-Микробная экология

Микробная экология объединяет микробиологию с экологической теорией, изучая разнообразие функциональных ролей микробов в их естественной среде.

Микроорганизмы представляют наибольшую биомассу на планете Земля, поэтому неудивительно, что их роли или экологические роли влияют на экологическую историю экосистем..

Примером этого влияния является появление аэробных форм жизни благодаря накоплению кислорода (ИЛИ₂) в первозданной атмосфере, порожденной фотосинтетической активностью цианобактерий.

Исследования в области микробной экологии

Микробная экология является трансверсальной для всех других дисциплин микробиологии, и исследования:
- Микробное разнообразие и его эволюционная история.
- Взаимодействие между микроорганизмами популяции и между популяциями в сообществе.
- Взаимодействие между микроорганизмами и растениями.
- Фитопатогены (бактериальные, грибковые и вирусные).
- Взаимодействие между микроорганизмами и животными.
- Микробные сообщества, их состав и процессы сукцессии.
- Микробная адаптация к условиям окружающей среды.
- Типы микробных местообитаний (атмоэкосфера, гидроэкосфера, литоэкосфера и экстремальные места обитания).
-geomicrobiology

Геомикробиология изучает микробную деятельность, которая влияет на геологические и геохимические процессы (биогеохимические циклы Земли).

Это происходит в атмосфере, гидросфере и геосфере, особенно в таких средах, как недавние осадки, подземные воды в контакте с осадочными и магматическими породами и в выветрившейся коре Земли..

Он специализируется на микроорганизмах, которые взаимодействуют с минералами в окружающей их среде, растворяя их, трансформируя их, осаждая их, среди прочего..

Направления исследований геомикробиологии
- Микробные взаимодействия с геологическими процессами (почвообразование, разрушение горных пород, синтез и деградация минералов и ископаемого топлива).
- Образование минералов микробного происхождения в результате осаждения или растворения в экосистеме (например, в водоносных слоях).
- Микробное вмешательство в биогеохимические циклы геосферы.
- Микробные взаимодействия, которые образуют нежелательные скопления микроорганизмов на поверхности (биологическое обрастание). Такое биологическое обрастание может вызвать разрушение поверхностей, на которых они обитают. Например, они могут разъесть металлические поверхности (биокоррозия).
- Ископаемые свидетельства взаимодействия микроорганизмов и минералов в их первобытной среде.
Например, строматолиты являются стратифицированными ископаемыми минеральными структурами мелкой воды. Они состоят из карбонатов, поступающих со стен примитивных цианобактерий.

-биоремедиации

Биоремедиация изучает применение биологических агентов (микроорганизмов и / или их ферментов и растений) в процессах восстановления почвы и воды, загрязненных веществами, опасными для здоровья человека и окружающей среды..

Многие из существующих экологических проблем могут быть решены с использованием микробного компонента глобальной экосистемы..

Лекция по микробиологии Экология микроорганизмов

Экология (от греч. oikos — дом, место обитания) микроорганизмов изучает их взаимоотношения друг с другом и с окружающей средой.

Микроорганизмы обитают во всех природных средах и являются обязательными компонентами любой экологической системы и биосферы в целом.

Микроорганизмы обнаруживаются в почве, воде, воздухе, на растениях, в организме человека и животных.

Выяснение экологии микроорганизмов служит основой для понимания явлений паразитизма, природно-очаговых и зоонозных заболеваний, а также для разработки противопаразитических мероприятий в борьбе с различными инфекционными болезнями.

Микрофлора почвы принимает участие в процессах почвообразования и самоочищения почвы, кругооборота в природе азота, углерода и других элементов. В почве обитают бактерии, грибы, лишайники (симбиоз грибов с цианобактериями) и простейшие.

На поверхности почвы микроорганизмов относительно мало, так как на них губительно действуют УФ-лучи, высушивание и т. д.

Наибольшее число микроорганизмов содержится в верхнем слое почвы толщиной до 10 см. По мере углубления в почву количество микроорганизмов уменьшается и на глубине 3—4 м они практически отсутствуют.

Состав микрофлоры почвы меняется в зависимости от типа и состояния почвы, состава растительности, температуры, влажности и т.д.

Большинство микроорганизмов почвы способны развиваться при нейтральном рН, высокой относительной влажности, при температуре от 25 до 45 °

1. Азотфиксирующие бактерии, (способные усваивать молекулярный азот), относящиеся к родам Azotobacter, Azomonas, Mycobacterium и др.

Азотфиксирующие разновидности цианобактерий, или сине-зеленых водорослей, применяют для повышения плодородия рисовых полей. Такие бактерии, как псевдомонады, активно участвуют в минерализации органических веществ, а также восстановлении нитратов до молекулярного азота.

2. Кишечные бактерии (сем. Enterobacteriaceae) — кишечная палочка, возбудители брюшного тифа, сальмонеллезов, дизентерии — могут попадать в почву с фекалиями. Однако в почве отсутствуют условия для их размножения, и они постепенно отмирают.

В чистых почвах кишечная палочка и протей встречаются редко; обнаружение их в значительных количествах является показателем загрязнения почвы фекалиями человека и животных и свидетельствует о ее санитарно-эпидемиологическом неблагополучии (возможность передачи возбудителей инфекционных заболеваний).

3. Аммонифицирующие бактерии (непатогенные бациллы (Вас. megatherium, Вас. subtilis и др.) , псевдомонады) составляя группу гнилостных бактерий, осуществляющих минерализацию белков.

4. Патогенные спорообразующие палочки родов Bacillus и Clostridium (возбудитель сибирской язвы, ботулизма, столбняка) способны длительно сохраняться в почве.

5. Грибы участвуют в почвообразовательных процессах, превращениях соединений азота, выделяют биологически активные вещества, в том числе антибиотики и токсины.

6. Простейшие, количество которых колеблется от 500 до 500000 на 1 г почвы. Питаясь бактериями и органическими остатками, простейшие вызывают изменения в составе органических веществ почвы.

Микрофлора воды, являясь естественной средой обитания микроорганизмов, отражает микробный пейзаж почвы, так как микроорганизмы попадают в воду с частичками почвы. Вместе с тем в воде формируются определенные биоценозы с преобладанием микроорганизмов, адаптировавшихся к условиям местонахождения, т. е. физико-химическим условиям, освещенности, степени растворимости кислорода и диоксида углерода, содержания органических и минеральных веществ и т. д.

В водах пресных водоемов обнаруживаются палочковидные (псевдомонады, аэромонады и др.), кокковидные (микрококки) и извитые бактерии. Загрязнение воды органическими веществами сопровождается увеличением анаэробных и аэробных бактерий, а также грибов. Особенно много анаэробов в иле, на дне водоемов.

Микрофлора воды выполняет роль активного фактора в процессе самоочищения ее от органических отходов, которые утилизируются микроорганизмами.

Вместе с загрязненными ливневыми, талыми и сточными водами в озера и реки попадают представители нормальной микрофлоры человека и животных (кишечная палочка, цитробактер, энтеробактер, энтерококки, клостридии) и возбудители кишечных инфекций — брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры, лептоспироза, энтеровирусных инфекций и др.

Поэтому вода является фактором передачи возбудителей многих инфекционных заболеваний. Некоторые возбудители могут даже размножаться в воде (холерный вибрион, легионеллы).

О безопасности питьевой воды также судят по количеству в ней бактерий группы кишечной палочки (E. Coli). Если в воде присутствует кишечная палочка — значит, она была загрязнена фекальными стоками, и в нее могли попасть возбудители многих инфекционных заболеваний.

Коли-титр — это минимальный объем воды в мл, в котором обнаруживается одна бактерия кишечная палочка. для питьевой воды должно быть не менее 300

Коли-индекс — показывает количество обнаруженных кишечных палочек в 1 л воды.для питьевой воды до 3,

Вода артезианских скважин практически не содержит микроорганизмов, обычно задерживающихся более верхними слоями почвы.

Микрофлора воды океанов и морей также содержит различные микроорганизмы, в том числе светящиеся и галофильные (солелюбивые), например галофильные вибрионы, поражающие моллюски и некоторые виды рыбы, при употреблении которых в пищу развивается пищевая токсикоинфекция.

Микрофлора воздуха взаимосвязана с микрофлорой почвы и воды. В воздух также попадают микроорганизмы из дыхательных путей и с каплями слюны человека и животных.

Солнечные лучи и другие факторы способствуют гибели микрофлоры воздуха. Большее количество микроорганизмов присутствует в воздухе крупных городов, меньшее — в воздухе сельской местности. Особенно мало микроорганизмов в воздухе над лесами, горами и морями.

В воздухе обнаруживаются кокковидные и палочковидные бактерий, бациллы и клостридии, актиномицеты, грибы и вирусы, (возбудителей туберкулеза, дифтерии, коклюша, скарлатины, кори, гриппа и др.).

Количество микроорганизмов в 1 м 3 воздуха (так называемое микробное число, или обсемененность воздуха) отражает санитарно-гигиеническое состояние воздуха, особенно в больничных и детских учреждениях (около 1000).

С целью снижения микробной обсемененности воздуха проводят влажную уборку помещения в сочетании с вентиляцией и очисткой (фильтрацией) поступающего воздуха; применяют обработку помещений лампами ультрафиолетового излучения.

Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе

С помощью микроорганизмов органические соединения растительного и животного происхождения минерализуются до углерода, азота, серы, фосфора, железа и др.

1. Круговорот азота

Азот (N) — важнейший биогенный элемент, входящий в состав белковой молекулы каждого живого существа. Запасы газообразного азота в атмосфере огромны. Столб воздуха над гектаром почвы содержит до 80 тыс. тонн азота.

Атмосферный азот ни растениям, ни животным не доступен (растения могут использовать для питания азот минеральных соединений, а животные потребляют азот в форме органических соединений). Только специфическая группа микроорганизмов обладает способностью фиксировать и строит из него все разнообразие азотсодержащих органических соединений своей клетки.

Цикл превращений азота в природе с участием микроорганизмов состоит из четырех этапов: фиксации атмосферного азота, аммонификации, нитрификации и денитрификации.

1. Фиксация атмосферного азота. - азотфикисующие бактерии свободноживущие (несимбиотическими), цианобактерии и клубеньковые.

Способностью фиксировать атмосферный азот и строить из него тело своей клетки обладают микроорганизмы, получившие название азотфиксирующих. Они обусловливают значительное повышение плодородия почвы.

К наиболее важным свободноживущим азотфиксаторам относятся Azotobacter chroococcum, Clostridium pasteurianum, Pseudomonas fluorescens. Азотобактерии в течение года на площади 1 га фиксируют от 20 до 50 кг газообразного азота.

Клубеньковые бактерии способны внедряться в корневые волоски бобовых растений и развиваться в них с образованием на корнях клубеньков, где и происходит фиксация азота.

2. Аммонификация белков. Разрушение азотистых соединений с образованием аммиака.

Участвуют гнилостные бактерии (бациллы, клостридии, актиномицеты, плесневые грибы).

Значительные запасы органического азота сохраняются в растительных и животных тканях. Когда гибнут растения и животные, компоненты их тела подвергаются действию микроорганизмов, и. Этот процесс называют аммонификацией или минерализацией азота.

Аммонификация остатков растений, трупов, других органических субстратов ведет к обогащению почвы азотистыми продуктами. Одновременно гнилостные микробы выполняют огромную санитарную роль, очищая почву и гидросферу от разлагающего органического субстрата.

3. Нитрификация. Аммиак окисляется сначала в азотистую, а затем в азотную кислоту.

Образовавшаяся азотная кислота в почве вступает в соединение с щелочами, в результате чего образуется селитра. Селитра хорошо растворяется в воде и усваивается растениями, в результате чего повышается плодородие почвы.

Нитрифицирующие бактерии родов Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrospira, Nitrosovibrio. Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus.

4. Денитрификация. Денитрифицирующие бактерии восстанавливают нитраты до молекулярного азота.

2. Круговорот углерода

Спиртовое брожение. При спиртовом брожении микроорганизмы превращают углеводы (сахара) с образованием этилового спирта как основного продукта и углекислоты: К возбудителям спиртового брожения относятся некоторые дрожжи, главным образом из рода Saccharomyces (S. cerevisiae, S. globosus, S. vini и др.).

В промышленности используются культуральные дрожжи. Этот процесс лежит в основе виноделия, пивоварения, производства спирта, хлебо-■ печения. Дрожжи используют и для приготовления кормового белка.

Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении происходит распад углеводов, а также многоатомных спиртов и белков до молочной кислоты.

род Lactobacillus, Bifidobacterium.

Маслянокислое брожение. является причиной прогор-кания растительных масел и жиров животного происхождения, а также семян сои и подсолнечника.

Уксуснокислое окисление . Уксуснокислое окисление — микробиологический процесс, при котором этиловый спирт окисляется до уксусной кислоты под влиянием уксуснокислых бактерий.

Уксуснокислые бактерии используют для производства пищевого уксуса из вина и спирта в промышленных условиях. Уксуснокислое брожение имеет важное значение при силосовании кормов

Роль микробов в разложении клетчатки .

В состав клетчатки (целлюлозы) входит более 50 % всего органического углерода биосферы. Клетчатка — наиболее распространенный полисахарид растительного мира; высшие растения на 15—50 % состоят из целлюлозы.

После гибели растений она подвергается разложению, в результате чего освобождается углерод. Распад клетчатки происходит повседневно в почве, водоемах, навозе, пищеварительном тракте травоядных благодаря ферментам, которые выделяют различные микроорганизмы.

3. Круговорот Фосфора. Органические и неорганические соединения фосфора разлагаются бактериями родов Pseudomanas, Bacillus (Вас. megaterium), грибами из родов Penicillium, Aspergillus, Rhizopus и др.

Роль микробов в превращении фосфора сводится к двум процессам: минерализации фосфора, входящего в состав органических веществ, и превращению фосфорнокислых солей из слаборастворимых в хорошо растворимые, доступные для растений.

Без фосфора не могут синтезироваться белки, входит в состав ядерного вещества и многих ферментов. В почве содержится в основном в органической, не усвояемой растением форме и в виде трудноусвояемых минеральных соединений. Органические соединения фосфора попадают в почву вместе с растительными остатками, трупами животных и отмершими микроорганизмами. Они представлены нуклеопротеидами, нуклеиновыми кислотами и др.

4. Круговорот Железа.

Железобактерии (нитчатые бактерии (Leptothix, Crenothrix), бактерии рода Gallionella и др.) — аэробы, встречаются в болотах, прудах, железистых источниках. В таких водоемах они окисляют закиси железа. В процессе деятельности железобактерий образуется окись железа. Скопление отмерших железобактерий (гидрат окиси железа) образует на дне стоящих водоемов залежи болотной руды.

Широко распространено в природе, встречается в виде органических и минеральных соединений, входит в состав животных и растительных организмов. Содержится в гемоглобине крови и дыхательных ферментах-цитохромах. При недостатке железа у животных развивается анемия, растения теряют зеленую окраску.

4. Круговорот Серы. При разложении в почве органических серосодержащих веществ, образуется сероводород, ядовитый для растений и животных. Сероводород окисляется серобактериями в безвредные, доступные для растений соединения. Серобактерии представлены несколькими различными группами: нитчатые, тионовые и фотосинтезирующие пурпурные и зеленые серобактерии.

Нитчатые серобактерии представлены несколькими родами: Beggiatoa, Thiothix и др.

Тионовые бактерии относятся к роду Thiobaccilus.

Фотосинтезирующие зеленые и пурпурные серобактерии представляют собой различные морфологические формы — кокки, палочки, спириллы, живут в строго анаэробных условиях и развиваются на свету при наличии в среде сероводорода или тиосульфита натрия.

Содержится в организме животных и растений, входит в состав» серосодержащих аминокислот (цистеин, цистин, метионин), витаминов группы В (биотин, тиамин), много ее в волосах и перьях. Органические соединения серы в почве представлены остатками животных и растений.

ЭКОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

К теме "Аутэкология":
9) Сахно О.Н., Трифонова Т.А. Экология микроорганизмов: Учебное пособие. В 3 ч. Ч. 2. - Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2009. - 52 с.

К теме "Методы экологии микроорганизмов":
10) Брюханов А.Л., Рыбак К.В., Нетрусов А.И. Молекулярная микробиология: Учебник для вузов. - М.: Изд-во Московского ун-та, 2012. - 480 с.

КСР включает разделы

2) "Популяционная экология" (основные понятия, формирование биопленок, системы чувства кворума на примерах бактерий Aliivibrio fischeri, Vibrio cholerae, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus).

Работы необходимо сдать до 1 марта 2022 года, прикрепив документ в формате .doc (. ) в соотвествтвующий раздел курса на платформе Moodle.

Требования к оформлению: объем 3-5 страниц, шрифт Times New Roman 14 пт, интервал 1; поля - все по 2 см; выравнивание по ширине; абзацный отступ - 1,25 см; в верхней части первой страницы обязатально указать фамилию, имя и номер группы автора (не нужно делать отдельного титульного листа. ).

Рекомендации к написанию:

Крайне подробно даны рекомендации по написанию эссе по ссылке Эссе - что такое, как писать, сочинение эссе, примеры.

Эссе должно отражать ВАШИ мысли, которые, в свою очередь, должны быть научно обоснованы.

Пользуйтесь современными терминами и современными латинскими названиями микроорганизмов, проверяйте грамотность написания текста.

• приемами выделения микроорганизмов из различных местообитаний и определения различных активностей микроорганизмов в природе.

Микроорганизмы как часть экосистемы

Основные понятия экологии микроорганизмов

В природных условиях микроорганизмы никогда не существуют изолированно. Как и любые другие организмы, они подвержены влиянию различных факторов окружающей среды. Взаимодействие микроорганизмов с их окружением изучает экология микроорганизмов. Лабораторные чистые культуры представляют собой «одомашненные» формы, существующие в искусственных оптимальных условиях. Их исследование показывает потенциальные метаболические возможности микроорганизмов, реализация которых в природе зависит от конкретных условий местообитания. Природные микробные культуры, как правило, являются смешанными и представляют собой часть более крупного сообщества, включающего организмы разных уровней организации. Взаимодействующая совокупность организмов и их физического и химического окружения, функционирующая как экологическая единица, называется экосистемой. Исследователи признают, что микроорганизмы — это преобладающий живой материал Земли, и поскольку микроорганизмы вездесущи, то они являются существенной частью любой земной экосистемы. Каждая экосистема функционирует в определенном географическом местообитании и характеризуется своим набором живых существ. Через любую экосистему проходит поток энергии. Энергия поступает извне в виде света или восстановленных химических соединений. Большинство земных экосистем существует за счет энергии Солнца. Часть энергии всегда рассеивается (в основном, в виде тепла). Любая экосистема характеризуется последовательностью превращений органических веществ, каждое из которых является продуктом метаболизма какого-либо члена сообщества и может служить пищей другому его члену. Такая последовательность носит название трофической (пищевой) цепи. По трофической цепи через сообщество проходят направленные в одну сторону потоки вещества и энергии. Автотрофные организмы из углекислого газа и других неорганических веществ образуют органические вещества, используемые в трофической цепи. Они являются первичными продуцентами в сообществе. Их органический материал служит пищей для гетеротрофных организмов (консументов). Консументы последовательно трансформируют получаемые органические вещества, причем каждому звену трофической цепи из-за энергетических потерь в виде тепла достается все меньшая доля энергии, запасенной авто- трофами в первичных органических веществах. Иногда может происходить более или менее длительное накопление каких-либо веществ в сообществе. Мертвые остатки и разнообразные продукты жизнедеятельности организмов всех групп разлагаются организмами-редуцентами. Подавляющее большинство редуцентов относится к микроорганизмам-деструкторам. При разложении органические соединения превращаются в простые неорганические вещества, которые могут использоваться организмами других звеньев пищевой цепи. Таким образом, в отличие от потока энергии поток вещества является замкнутым. В любой экосистеме постоянно происходят два противоположно направленных процесса: образование нового органического вещества из простых неорганических соединений и деструкция органического вещества, возвращающая в окружающую среду минеральные соединения.

Микроорганизмы могут функционировать на всех уровнях экосистемы: фиксировать углерод как первичные продуценты, используя энергию света и химических связей; являться главными редуцентами органического вещества; быть консументами, как некоторые простейшие, использующие бактерии и грибы в пищу. В наземных местообитаниях основными первичными продуцентами обычно являются высшие растения. В пресных и морских водоемах эту роль выполняют цианобактерии и водоросли. Источником энергии для этих сообществ служит солнечный свет. Однако в местообитаниях, куда свет не проникает (например, в глубинах океанов), первичная продукция основывается на хемолитоавтотрофии. Так, жизнь вокруг «черных курильщиков» базируется на первичной продукции органического вещества представителями тионовых бактерий родов Thiobacillus, Thiomicrospira, Thiothrix, Beggiatoa. В некоторых экстремальных местообитаниях жизнь может быть представлена только микробными формами.

История микробной экологии, объект исследования и приложения

микробная экология является дисциплиной экологической микробиологии, которая возникает в результате применения экологических принципов в микробиологии (Mikros: маленький, BIOS: жизнь, логотипы: исследование).

Эта дисциплина изучает разнообразие микроорганизмов (микроскопических одноклеточных организмов от 1 до 30 мкм), их взаимосвязь с остальными живыми существами и с окружающей средой..

Поскольку микроорганизмы представляют наибольшую наземную биомассу, их деятельность и экологические функции оказывают глубокое воздействие на все экосистемы..

Ранняя фотосинтетическая активность цианобактерий и последующее накопление кислорода (O₂) в первозданной атмосфере, представляет собой один из самых ярких примеров микробного влияния в эволюционной истории жизни на планете Земля.

Это, учитывая, что присутствие кислорода в атмосфере, позволило появление и развитие всех существующих аэробных форм жизни.

Микроорганизмы поддерживают непрерывную и важную деятельность для жизни на Земле. Механизмы, которые поддерживают микробное разнообразие биосферы, являются основой динамики наземных, водных и воздушных экосистем..

Учитывая его важность, возможное исчезновение микробных сообществ (из-за загрязнения их мест обитания промышленными токсичными веществами) приведет к исчезновению экосистем в зависимости от их функций..
- 1 История микробной экологии
  - 1.1 Принципы экологии
  - 1.2 Микробиология
  - 1.3 Микробная экология
  История микробной экологии
  
  Принципы экологии
  
  В первой половине 20-го века принципы общей экологии были разработаны с учетом изучения "превосходных" растений и животных в их естественной среде.
  
  Очевидно, что микроорганизмы и их экосистемные функции были проигнорированы, несмотря на их большое значение в экологической истории планеты, поскольку они представляют самую большую наземную биомассу и потому, что они являются самыми древними организмами в эволюционной истории жизни на Земле..
  
  В то время только микроорганизмы считались разлагающими, минерализаторами органического вещества и посредниками в некоторых циклах питания..
  
  микробиология
  
  Считается, что ученые Луи Пастер и Роберт Кох основали дисциплину микробиологии, разработав методику аксеновой микробной культуры, которая содержит один тип клеток, потомок одной клетки.
  
  Однако в аксеновых культурах взаимодействия между микробными популяциями не могли быть изучены. Необходима разработка методов, позволяющих изучать микробные биологические взаимодействия в их естественной среде обитания (сущность экологических отношений)..
  
  Первыми микробиологами, которые исследовали взаимодействия между микроорганизмами в почве и взаимодействиями с растениями, были Сергей Виноградский и Мартинус Бейеринк, в то время как большинство сосредоточилось на изучении аксенных культур микроорганизмов, связанных с болезнями или процессами ферментации, представляющими коммерческий интерес..
  
  Виноградский и Бейеринк изучали, в частности, микробные биотрансформации неорганических соединений азота и серы в почве..
  
  Микробная экология
  
  В начале 1960-х годов, в эпоху заботы о качестве окружающей среды и о вредном воздействии промышленной деятельности, микробная экология стала дисциплиной. Американский ученый Томас Д. Брок был первым автором текста на эту тему в 1966 году..
  
  Однако в конце 1970-х годов микробная экология была консолидирована как специализированная междисциплинарная область, поскольку она зависит от других научных отраслей, таких как экология, клеточная и молекулярная биология, биогеохимия и другие..
  
  Развитие микробной экологии тесно связано с методологическими достижениями, которые позволяют нам изучать взаимодействие между микроорганизмами и биотическими и абиотическими факторами их окружающей среды..
  
  В 1990-х годах в исследование были включены методы молекулярной биологии, в том числе на месте микробной экологии, предлагая возможность изучения огромного биологического разнообразия, существующего в микробном мире, а также знания его метаболической активности в окружающей среде в экстремальных условиях.
  
  Впоследствии технология рекомбинантной ДНК позволила добиться значительных успехов в устранении загрязнителей окружающей среды, а также в борьбе с вредителями, имеющими коммерческое значение..
  
  Методы в микробной экологии
  
  Среди методов, которые позволили исследование на месте К микроорганизмам и их метаболической активности относятся:
  - Конфокальная микроскопия с лазером.
  - Молекулярные инструменты, такие как флуоресцентные генные зонды, которые позволили изучить сложные микробные сообщества.
  - Полимеразная цепная реакция или ПЦР (для аббревиатуры на английском языке: полимеразная цепная реакция).
  - Радиоактивные маркеры и химические анализы, которые, среди прочего, позволяют измерять микробную метаболическую активность.
  Поддисциплин
  
  Микробная экология часто делится на такие дисциплины, как:
  - Аутоэкология или экология генетически родственных популяций.
  - Экология микробных экосистем, которая изучает микробные сообщества в определенной экосистеме (наземной, воздушной или водной).
  - Микробная биогеохимическая экология, которая изучает биогеохимические процессы.
  - Экология отношений между хозяином и микроорганизмами.
  - Микробная экология применительно к проблемам загрязнения окружающей среды и восстановления экологического равновесия во внедренных системах.
  Области исследования
  
  Между областями изучения микробной экологии они:
  - Микробная эволюция и ее физиологическое разнообразие с учетом трех областей жизни; Бактерии, Археи и Эукария.
  - Реконструкция микробных филогенетических связей.
  - Количественные измерения количества, биомассы и активности микроорганизмов в их среде (в том числе некультивируемых).
  - Положительные и отрицательные взаимодействия в микробной популяции.
  - Взаимодействие между различными микробными популяциями (нейтрализм, комменсализм, синергизм, взаимность, конкуренция, аменсализм, паразитизм и хищничество).
  - Взаимодействие между микроорганизмами и растениями: в ризосфере (с азотфиксирующими микроорганизмами и микоризными грибами) и в надземных структурах растений.
  - Фитопатогены; бактериальные, грибковые и вирусные.
  - Взаимодействия между микроорганизмами и животными (взаимный и комменсальный кишечный симбиоз, хищничество и др.).
  - Состав, функционирование и процессы сукцессии в микробных сообществах.
  - Микробная адаптация к экстремальным условиям окружающей среды (изучение экстремофильных микроорганизмов).
  - Типы микробных местообитаний (атмоэкосфера, гидроэкосфера, литоэкосфера и экстремальные места обитания).
  - На биогеохимические циклы влияют микробные сообщества (циклы углерода, водорода, кислорода, азота, серы, фосфора, железа и др.).
  - Разнообразные биотехнологические применения в экологических проблемах и экономических интересах.
  приложений
  
  Микроорганизмы играют важную роль в глобальных процессах, которые позволяют поддерживать окружающую среду и здоровье человека. Кроме того, они служат моделью при изучении многочисленных популяционных взаимодействий (например, хищничество).
  
  Понимание фундаментальной экологии микроорганизмов и их влияния на окружающую среду позволило выявить биотехнологические метаболические возможности, применимые к различным областям, представляющим экономический интерес. Некоторые из этих областей упомянуты ниже:
  
  Читайте также: