微生物生態学は、微生物学（：小、BIOS：人生、ロゴ：研究mikros）への生態学的原則の適用から生じる環境微生物学の分野です。
この分野では、微生物（1から30 µmの微視的な単細胞生物）の多様性、それらと他の生物および環境との関係を研究します。
図1.未処理の水サンプルで相互作用する藻類、細菌、アメーバ原生動物。出典：CDC / Janice Haney Carr、at：publicdomainfiles.com
微生物は最大の陸上バイオマスであるため、その生態学的な活動と機能はすべての生態系に大きな影響を与えます。
シアノバクテリアの初期の光合成活動と、その結果としての原始大気における酸素（O 2）の蓄積は、地球上の生命の進化の歴史における微生物の影響の最も明確な例の1つを表しています。
これは、大気中の酸素の存在を考えると、すべての既存の好気性生物の出現と進化を可能にしました。
図2.らせん状の藍藻。出典：flickr.com/photos/hinkelstone/23974806839
微生物は地球上の生命にとって継続的で不可欠な活動を維持しています。生物圏の微生物多様性を維持するメカニズムは、陸上、水生、空中の生態系のダイナミクスの基礎です。
その重要性を考えると、微生物群集の可能性のある絶滅（その生息地が産業毒性物質で汚染されているため）は、その機能に依存する生態系の消失を引き起こします。
微生物生態学の歴史
生態学の原則
20世紀の前半に、自然環境における「より高い」植物や動物の研究を考慮して、一般的な生態学の原則が開発されました。
微生物とその生態系機能は、地球の生態学的歴史において非常に重要であるにもかかわらず、無視されました。なぜなら、それらは最大の陸上バイオマスを表し、地球上の生命の進化の歴史の中で最も古い生物だからです。 。
当時、微生物のみが有機物質の分解剤、鉱化剤、およびいくつかの栄養素サイクルの中間体と見なされていました。
微生物学
科学者のルイパスツールとロバートコッホは、単一細胞から派生した単一細胞型を含む無菌微生物培養の技術を開発することにより、微生物学の分野を確立したと考えられています。
図3。無菌細菌培養。出典：pixabay.com
しかし、無菌培養では、微生物集団間の相互作用は研究できませんでした。自然の生息地における微生物の生物学的相互作用（生態学的関係の本質）の研究を可能にする方法を開発することが必要でした。
土壌中の微生物間の相互作用や植物との相互作用を調べた最初の微生物学者は、セルゲイウィノグラドスキーとマルティヌスベイジェリンクでしたが、大多数は、商業的に関心のある病気や発酵プロセスに関連する微生物の無菌培養の研究に重点を置いていました。
WinogradskyとBeijerinckは、特に土壌中の無機窒素および硫黄化合物の微生物による生体内変化について研究しました。
微生物生態学
1960年代初頭、環境の質と産業活動の汚染影響が懸念される時代に、微生物生態学が学問として登場しました。アメリカの科学者であるトーマスDブロックは、1966年にこの主題に関するテキストの最初の著者でした。
しかし、微生物学は、生態学、細胞生物学、分子生物学、生物地球化学などの他の科学分野に依存しているため、専門分野にまたがる領域として統合されたのは1970年代の終わりでした。
図4.微生物の相互作用。出典：publicdomainfiles.comにあるPublic Health Image Library
微生物生態学の発展は、微生物とその環境の生物的および非生物的因子との間の相互作用を研究することを可能にする方法論の進歩と密接に関連しています。
1990年代には、分子生物学の手法が微生物生態学のその場研究に組み込まれ、微生物の世界に存在する広大な生物多様性を探索し、極端な条件下の環境におけるその代謝活動を知る可能性を提供しました。
図5.微生物の相互作用。ソース。ジャニスヘイニーカー、USCDCP、pixnio.com
その後、組換えDNA技術により、環境汚染物質の除去、および商業的に重要な害虫の駆除において重要な進歩が可能になりました。
微生物生態学の方法
微生物とその代謝活性のその場研究を可能にした方法には、以下のものがあります：
- 共焦点レーザー顕微鏡。
- 複雑な微生物群集の研究を可能にした蛍光遺伝子プローブなどの分子ツール。
- ポリメラーゼ連鎖反応またはPCR（英語での頭字語：ポリメラーゼ連鎖反応）。
- とりわけ微生物代謝活性の測定を可能にする放射性マーカーおよび化学分析。
専門分野
微生物の生態は通常、次のような分野に分かれています。
- 遺伝的に関連する集団の自己生態学または生態学。
- 特定の生態系（陸上、空中、水生）内の微生物群集を研究する微生物生態系の生態学。
- 生物地球化学プロセスを研究する微生物生物地球化学生態学。
- 宿主と微生物の関係の生態学。
- 微生物生態学は、環境汚染問題に適用され、介入システムの生態学的バランスの回復に適用されました。
調査地域
微生物生態学の研究分野には次のものがあります。
- 微生物の進化とその生理学的多様性、生命の3つの領域を考慮。バクテリア、アルケア、ユーカリア。
- 微生物の系統関係の再構築。
- それらの環境における微生物の数、バイオマスおよび活動の定量的測定（培養不能なものを含む）。
- 微生物集団内の正と負の相互作用。
- 異なる微生物集団間の相互作用（中立主義、共生主義、相乗主義、相互主義、競争、無意識主義、寄生、および捕食）。
- 微生物と植物の間の相互作用：根圏（窒素固定微生物と菌根菌を含む）、および植物の空中構造。
- 植物病原菌; 細菌、真菌、ウイルス。
- 微生物と動物間の相互作用（相互主義および共生腸の共生、捕食など）。
- 微生物群集における構成、機能、および継承のプロセス。
- 極端な環境条件への微生物の適応（極限微生物の研究）。
- 微生物の生息地のタイプ（大気-エコスフィア、水圏-エコスフィア、リソ-エコスフィア、極端な生息地）。
- 微生物群集（炭素、水素、酸素、窒素、硫黄、リン、鉄などの循環）の影響を受ける生物地球化学的循環。
- 環境問題や経済的関心におけるさまざまなバイオテクノロジーの応用。
用途
微生物は、環境と人間の健康の維持を可能にするグローバルなプロセスに不可欠です。さらに、それらは多数の集団相互作用（たとえば、捕食）の研究のモデルとして機能します。
微生物の基本的な生態学とそれらの環境への影響を理解することで、経済的に関心のあるさまざまな分野に適用可能なバイオテクノロジーの代謝能力を特定することが可能になりました。これらの領域のいくつかを以下に示します。
- 金属構造物の腐食性バイオフィルム（パイプライン、放射性廃棄物コンテナなど）による生物分解の制御。
- 害虫および病原体の制御。
- 過度の搾取によって劣化した農業土壌の回復。
- 堆肥化および埋立における固形廃棄物の生物処理。
- 廃水処理システムによる排水の生物処理（たとえば、固定化バイオフィルムの使用）。
- 無機物質（重金属など）で汚染された土壌や水のバイオレメディエーション、または生体異物（有毒な合成製品、自然の生合成プロセスでは生成されません）。これらの生体異物化合物には、ハロカーボン、ニトロ芳香族、ポリ塩化ビフェニル、ダイオキシン、アルキルベンジルスルホネート、石油炭化水素、および農薬が含まれます。
図6.産業起源の物質による環境汚染。出典：pixabay.com
- バイオリーチングによる鉱物のバイオリカバリー（例えば、金と銅）。
- バイオ燃料（特にエタノール、メタン、その他の炭化水素）および微生物バイオマスの生産。
参考文献
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