미생물 생태학 미생물 (: 작은, 바이오스 : 생활, 로고 : 연구 MIKROS)에 생태 학적 원리의 응용 프로그램에서 발생하는 환경 미생물학의 분야이다.
이 학문은 미생물의 다양성 (1 ~ 30 µm의 미세한 단세포 유기체), 미생물과 나머지 생물 및 환경 간의 관계를 연구합니다.
그림 1. 처리되지 않은 물 샘플에서 상호 작용하는 조류, 박테리아 및 아메 보이드 원생 동물. 출처 : CDC / Janice Haney Carr, at : publicdomainfiles.com
미생물은 가장 큰 육상 바이오 매스를 나타 내기 때문에 그들의 생태 활동과 기능은 모든 생태계에 큰 영향을 미칩니다.
시아 노 박테리아의 초기 광합성 활동과 그에 따른 원시 대기 의 산소 (O 2 ) 축적은 지구 생명체의 진화 역사에서 미생물 영향의 가장 명확한 예 중 하나를 나타냅니다.
이것은 대기에 산소가 존재하기 때문에 기존의 모든 호기성 생명체의 출현과 진화를 허용했습니다.
그림 2. 나선 모양의 남세균. 출처 : flickr.com/photos/hinkelstone/23974806839
미생물은 지구상의 생명체를 위해 지속적이고 필수적인 활동을 유지합니다. 생물권의 미생물 다양성을 유지하는 메커니즘은 육상, 수생 및 공중 생태계의 역학의 기초입니다.
그 중요성을 감안할 때 미생물 군집의 멸종 가능성 (산업 독성 물질로 서식지의 오염으로 인해)은 기능에 따라 생태계가 사라질 것입니다.
미생물 생태학의 역사
생태학의 원리
20 세기 전반에 자연 환경에서“고등”동식물에 대한 연구를 고려하여 일반 생태학의 원리가 개발되었습니다.
미생물과 그 생태계 기능은 행성의 생태 역사에서 매우 중요 함에도 불구하고 가장 큰 육상 바이오 매스를 대표하고 지구상의 생명체 진화 사에서 가장 오래된 유기체이기 때문에 무시되었습니다. .
당시에는 미생물 만이 일부 영양 순환에서 분 해제, 유기물의 광물 화제 및 매개체로 간주되었습니다.
미생물학
과학자 Louis Pasteur와 Robert Koch는 단일 세포에서 유래 한 단일 세포 유형을 포함하는 무균 미생물 배양 기술을 개발하여 미생물학 분야를 설립 한 것으로 간주됩니다.
그림 3. Axenic 세균 배양. 출처 : pixabay.com
그러나 무균 배양에서는 미생물 집단 간의 상호 작용을 연구 할 수 없습니다. 자연 서식지 (생태 학적 관계의 본질)에서 미생물의 생물학적 상호 작용을 연구 할 수있는 방법을 개발할 필요가있었습니다.
토양에서 미생물 간의 상호 작용 및 식물과의 상호 작용을 조사한 최초의 미생물학자는 Sergéi Winogradsky와 Martinus Beijerinck였으며, 대다수는 상업적 관심 대상인 질병 또는 발효 과정과 관련된 미생물의 무균 배양 연구에 집중했습니다.
특히 Winogradsky와 Beijerinck는 토양에서 무기 질소와 황화합물의 미생물 생체 변환을 연구했습니다.
미생물 생태학
1960 년대 초, 환경의 질과 산업 활동의 오염 영향에 대한 우려의 시대에 미생물 생태학이 학문으로 등장했습니다. 미국 과학자 Thomas D. Brock은 1966 년이 주제에 대한 텍스트의 첫 번째 저자였습니다.
그러나 미생물 생태학이 생태학, 세포 및 분자 생물학, 생 지구 화학 등과 같은 다른 과학 분야에 의존하기 때문에 미생물 생태학이 전문화 된 다 학문 영역으로 통합 된 것은 1970 년대 말이었습니다.
그림 4. 미생물 상호 작용. 출처 : publicdomainfiles.com의 공중 보건 이미지 라이브러리
미생물 생태학의 발전은 미생물과 환경의 생물 및 비 생물 적 요인 간의 상호 작용을 연구 할 수있는 방법 론적 진보와 밀접한 관련이 있습니다.
1990 년대에는 분자 생물학 기술이 미생물 생태학의 현장 연구에 통합되어 미생물 세계에 존재하는 방대한 생물 다양성을 탐구하고 극한 조건의 환경에서 그 대사 활동을 알 수있는 가능성을 제공했습니다.
그림 5. 미생물 상호 작용. 출처. Janice Haney Carr, USCDCP, at : pixnio.com
그 결과, 재조합 DNA 기술은 환경 오염 물질을 제거하고 상업적으로 중요한 해충을 통제하는 데있어 중요한 발전을 가능하게했습니다.
미생물 생태학의 방법
미생물 및 그 대사 활동에 대한 현장 연구를 허용 한 방법 중에는 다음이 있습니다.
- 공 초점 레이저 현미경.
- 복잡한 미생물 군집을 연구 할 수있는 형광 유전자 프로브와 같은 분자 도구.
- 중합 효소 연쇄 반응 또는 PCR (영어로 된 약어 : 중합 효소 연쇄 반응).
- 미생물 대사 활동을 측정 할 수있는 방사성 마커 및 화학 분석.
하위 분야
미생물 생태학은 일반적으로 다음과 같은 하위 분야로 나뉩니다.
- 유 전적으로 관련된 집단의자가 생태학 또는 생태학.
- 특정 생태계 (육상, 공중 또는 수생)에서 미생물 군집을 연구하는 미생물 생태계의 생태학.
- 생지 화학적 과정을 연구하는 미생물 생지 화학적 생태학.
- 숙주와 미생물 사이의 관계에 대한 생태학.
- 환경 오염 문제 및 개입 된 시스템의 생태 균형 회복에 적용되는 미생물 생태학.
연구 분야
미생물 생태학 연구 분야는 다음과 같습니다.
- 생명의 세 영역을 고려한 미생물 진화와 생리적 다양성; 박테리아, Arquea 및 Eucaria.
- 미생물 계통 발생 관계의 재구성.
- 환경에서 미생물의 수, 바이오 매스 및 활동에 대한 정량적 측정 (배양 불가능한 미생물 포함).
- 미생물 집단 내에서 긍정적이고 부정적인 상호 작용.
- 서로 다른 미생물 개체군 간의 상호 작용 (중립주의, 공생주의, 시너지주의, 상호주의, 경쟁, 무신경, 기생, 포식).
- 미생물과 식물 간의 상호 작용 : 근권 (질소 고정 미생물 및 균근 균류 포함) 및 식물 공중 구조물에서.
- 식물 병원체; 박테리아, 곰팡이 및 바이러스.
- 미생물과 동물 사이의 상호 작용 (상호 및 공생 장 공생, 포식 등).
- 미생물 군집의 구성, 기능 및 계승 과정.
- 극한 환경 조건에 대한 미생물 적응 (극단 성 미생물 연구).
- 미생물 서식지의 유형 (대기-생태 권, 수력-생태 권, 암석-생태 권 및 극한 서식지).
- 미생물 군집 (탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 인, 철 등의 순환)에 의해 영향을받는 생지 화학적 순환.
- 환경 문제 및 경제적 이익에 대한 다양한 생명 공학 응용.
응용
미생물은 환경과 인간의 건강을 유지하는 글로벌 프로세스에서 필수적입니다. 또한 수많은 인구 상호 작용 (예 : 포식) 연구에서 모델로 사용됩니다.
미생물의 근본적인 생태와 환경에 미치는 영향에 대한 이해를 통해 경제적 관심 분야에 적용 할 수있는 생명 공학 대사 능력을 확인할 수있었습니다. 이러한 영역 중 일부는 다음과 같습니다.
- 금속 구조물의 부식성 생물막 (예 : 파이프 라인, 방사성 폐기물 용기 등)에 의한 생분해 제어.
- 해충 및 병원균 제어.
- 과도한 착취로 훼손된 농업 토양의 복원.
- 퇴비화 및 매립지에서 고형 폐기물의 생물 처리.
- 폐수 처리 시스템을 통한 폐수의 생물 처리 (예 : 고정 된 생물막 사용).
- 무기 물질 (예 : 중금속) 또는 이종 생물 (천연 생합성 과정에 의해 생성되지 않는 독성 합성 제품)으로 오염 된 토양 및 물의 생물학적 정화. 이러한 이종 생물 화합물에는 할로 카본, 니트로 방향족, 폴리 염화 비 페닐, 다이옥신, 알킬 벤질 설포 네이트, 석유 탄화수소 및 살충제가 포함됩니다.
그림 6. 산업 기원 물질로 인한 환경 오염. 출처 : pixabay.com
- 생물학적 침출을 통한 광물의 생물학적 회수 (예 : 금 및 구리).
- 바이오 연료 (에탄올, 메탄, 기타 탄화수소) 및 미생물 바이오 매스 생산.
참고 문헌
- 김 MB. (2008). 환경 미생물학의 진전. 김명보 편집장. 275 쪽.
- Madigan, MT, Martinko, JM, Bender, KS, Buckley, DH Stahl, DA 및 Brock, T. (2015). 미생물의 브록 생물학. 14 ed. 벤자민 커밍스. 1041 쪽.
- Madsen, EL (2008). 환경 미생물학 : 게놈에서 생 지구 화학까지. 와일리-블랙웰. 490 쪽.
- McKinney, RE (2004). 환경 오염 제어 미생물학. M. Dekker. 453 쪽.
- Prescott, LM (2002). 미생물학. 다섯 번째 판, McGraw-Hill 과학 / 공학 / 수학. 1147 쪽.
- Van den Burg, B. (2003). 새로운 효소의 공급원으로서의 극단 층. 미생물학의 현재 의견, 6 (3), 213–218. doi : 10.1016 / s1369-5274 (03) 00060-2.
- Wilson, SC 및 Jones, KC (1993). PAH (다핵 방향족 탄화수소)로 오염 된 토양의 생물학적 정화 : 검토. 환경 오염, 81 (3), 229–249. 도이 : 10.1016 / 0269-7491 (93) 90206-4.