Экология микроорганизмов

Раздел общей экологии, изучающий среду обитания микробов и их экологические связи. Основным положением экологии микроорганизмов является концепция о доминирующей роли микробов в создании биосферы Земли и последующем поддержании её экологического баланса.

Данная концепция базируется на следующих представлениях:

Микробы были единственными обитателями Земли в период примерно от 4 × 10⁹ до 0,5 × 10⁹ лет назад.
Микробы распространены повсеместно в биосфере.
Совокупная биомасса микроорганизмов превосходит общую биомассу растений и животных.
Микробы способны трансформировать практически любые органические и неорганические вещества, включая химические элементы и энергию в новые циклы круговорота.
Они самостоятельно накапливают новую биомассу и осуществляют, хотя и ограниченный, но полный цикл круговорота азота, углерода и некоторых других элементов.
Микроорганизмы участвуют в поддержании радиационного (теплового) баланса планеты.

Такая ключевая роль обеспечивается их биологическими особенностями:

Массовость популяций и высокие темпы роста и размножения.
Способность переходить в состояние покоя и длительно в нём сохраняться.
Относительно высокая устойчивость к повреждающим факторам внешней среды.
Чрезвычайное разнообразие физиологических потребностей и метаболических путей.
Небольшие размеры и масса, что определяет возможность широкой миграции с воздушными, водными и биогенными потоками.

Прикладные задачи экологии микроорганизмов

Защита полезных микробных сообществ: Охрана популяций и биоценозов, участвующих в поддержании экологического баланса (например, азотфиксирующих, аммонифицирующих, нитрифицирующих бактерий), от неблагоприятного воздействия хозяйственной деятельности человека.
Предотвращение микробной деградации: Контроль над процессами, ведущими к порче живой и неживой природы, а также различных антропогенных материалов. Сюда относится профилактика болезней людей, животных и растений, сохранение продовольственных товаров и промышленных материалов.
Микробный синтез: Использование микроорганизмов для производства необходимых человечеству веществ, например, синтез микробного белка (одноклеточного белка), ферментов, антибиотиков.
Биобезопасность планеты: Разработка мер защиты биосферы от искусственно созданных мутантов, а также от потенциального заноса жизни из космоса или выноса земной жизни в космос (планетарный карантин).
Сохранение биоразнообразия: Коллекционирование культур микроорганизмов с целью сохранения их генетического фонда для науки и биотехнологии.

Важным разделом экологии микроорганизмов является исследование их экологических связей внутри сообществ и с окружающей средой.

Современный контекст

Сегодня экология микроорганизмов активно развивается благодаря методам метагеномики, которые позволяют изучать сообщества микробов непосредственно в среде их обитания, без необходимости культивирования в лаборатории. Это открыло огромное разнообразие ранее неизвестных микроорганизмов и их функций. Современные исследования подтверждают центральную роль микробных сообществ (микробиомов) в здоровье экосистем, включая почвообразование, круговорот элементов, климатические процессы и даже здоровье человека. Актуальными направлениями стали изучение микробного разнообразия в экстремальных условиях, роль вирусов бактерий (бактериофагов) в регуляции сообществ и влияние антропогенных загрязнений на структуру и функции микробных экосистем.