微生物生態學
編輯微生物生態學(或環境微生物學)是微生物的生態學:它們之間以及它們與環境的關系。 它涉及生命的三個主要領域——真核生物、古細菌和細菌——以及病毒。
微生物無處不在,影響著整個生物圈。 微生物生命在調節地球上幾乎所有環境中的生物地球化學系統方面起著主要作用,包括一些最極端的環境,從冰凍環境和酸性湖泊,到最深海洋底部的熱液噴口,以及一些最極端的環境 熟悉的,比如人類的小腸。 由于微生物生命的數量級(計算為 5.0×1030 個細胞;比可觀測宇宙中的恒星數量大八個數量級),微生物僅憑其生物量就構成了重要的碳匯。 除了碳固定,微生物的關鍵集體代謝過程(包括固氮、甲烷代謝和硫代謝)控制著全球生物地球化學循環。 微生物的生產量如此之大,以至于即使在完全沒有真核生命的情況下,這些過程也可能會繼續保持不變。
歷史
編輯雖然自 17 世紀以來就開始研究微生物,但這項研究主要是從生理學的角度而非生態學的角度進行的。 例如,路易斯·巴斯德 (Louis Pasteur) 和他的弟子們對陸地和海洋中的微生物分布問題很感興趣。 Martinus Beijerinck 發明了富集培養,這是一種研究環境微生物的基本方法。 他經常被錯誤地認為是建立了微生物生物地理學的觀點,即萬物無處不在,但是,環境選擇,這是洛倫斯·巴斯·貝金 (Lourens Baas Becking) 所說的。 謝爾蓋·維諾格拉茨基 (Sergei Winogradsky) 是最早嘗試了解醫學背景之外的微生物的研究人員之一——這使他成為微生物生態學和環境微生物學的xxx批學生——發現了化學合成,并在此過程中開發了維諾格拉茨基專欄。
然而,Beijerinck 和 Windogradsky 專注于微生物的生理學,而不是微生物棲息地或它們的生態相互作用。 現代微生物生態學是由 Robert Hungate 及其同事發起的,他們研究了瘤胃生態系統。 研究瘤胃需要 Hungate 開發培養厭氧微生物的技術,他還開創了一種定量方法來研究微生物及其生態活動,區分物種和分解代謝途徑的相對貢獻。
微生物生態學的進步與新技術的發展密切相關。 從 1950 年xxx始,放射性同位素的可用性推動了自然界中生物地球化學過程速率的測量。 例如,14CO2 允許分析海洋中的光合作用速率(參考)。 另一個重大突破出現在 80 年代,當時開發了對 O2 等化學物質敏感的微電極。 這些電極的空間分辨率為 50-100 μm,可以分析微生物墊和沉積物中的時空生物地球化學動力學。
盡管測量生物地球化學過程速率可以分析正在發生的過程,但它們是不完整的,因為它們沒有提供有關哪些特定微生物負責的信息。 人們早就知道,“經典”培養技術只能從自然棲息地中回收不到 1% 的微生物。 然而,從 1990 年xxx始,已經發展出一套獨立于培養的技術來確定棲息地中微生物的相對豐度。
Carl Woese 首先證明了 16S 核糖體 RNA 分子的序列可用于分析系統發育關系。 Norm Pace 采納了這個開創性的想法,并將其應用于分析自然環境中的“誰在那里”。 該程序包括 (a) 直接從自然環境中分離核酸,(b) 小亞基 rRNA 基因序列的 PCR 擴增,(c) 對擴增子進行測序,以及 (d) 將這些序列與數據庫中的序列進行比較 純文化和環境 DNA。 這為微生物棲息地中存在的多樣性提供了巨大的見解。 然而,它沒有解決如何將特定微生物與其生物地球化學作用聯系起來的問題。 宏基因組學,即從環境中回收的總 DNA 的測序,可以提供對生物地球化學潛力的洞察,而宏轉錄組學和宏蛋白質組學可以測量遺傳潛力的實際表達,但在技術上仍然更加困難。
角色
編輯微生物是所有生態系統的支柱,但在因缺乏光而無法進行光合作用的區域更是如此。 在這些區域中,化學合成微生物為其他生物提供能量和碳。
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