Peran Teori Ekologi Dalam Ekologi Mikroba

Peran Teori Ekologi Dalam Ekologi Mikroba – Ekologi mikroba saat ini sedang mengalami revolusi, dengan dampak yang menyebar ke seluruh ilmu mikrobiologi, ekologi, dan ekosistem. Akumulasi data molekuler yang cepat mengungkap keragaman yang luas, kelompok mikroba yang tidak dibudidayakan dan fungsi mikroba yang baru.

Peran Teori Ekologi Dalam Ekologi Mikroba

hospitalmicrobiome  – Akumulasi data ini membutuhkan penerapan teori untuk memberikan organisasi, struktur, wawasan mekanistik dan, pada akhirnya, kekuatan prediksi yang memiliki nilai praktis, namun penerapan teori dalam ekologi mikroba saat ini sangat terbatas. Di sini kami berpendapat bahwa potensi penuh dari revolusi yang sedang berlangsung tidak akan terwujud jika penelitian tidak diarahkan dan digerakkan oleh teori, dan bahwa keumuman teori ekologi yang mapan harus diuji dengan menggunakan sistem mikroba.

Baca Juga : Ilmuwan NAU Mengembangkan Teknik Untuk Mengukur Tingkat Pertumbuhan Bakteri

Bakteri dan Archaea memiliki peran penting dalam proses sistem bumi. Mereka ada di mana-mana, memiliki keserbagunaan metabolisme dan fisiologis yang sangat besar dan sangat penting untuk hampir semua proses siklus biogeokimia karbon dan nitrogen mikroba dihitung, masing-masing, setara dengan dan sepuluh kali lipat lebih besar dari karbon dan nitrogen yang disimpan dalam tumbuhan . Meskipun kecil ( ∼ 10 −6 m), mereka berlimpah (>10 30 individu secara global). Keragaman filogenetik dan fisiologis mereka jauh lebih besar daripada hewan dan tumbuhan dan interaksinya dengan bentuk kehidupan lain juga lebih kompleks.

Memahami ekologi mikroorganisme bisa dibilang salah satu tantangan intelektual paling menarik yang dihadapi ekologi kontemporer. Meskipun layak untuk manfaat intelektualnya saja, mengembangkan pemahaman seperti itu sangat penting untuk menghadapi banyak tantangan besar yang dihadapi masyarakat manusia saat ini, seperti pengelolaan ekosistem alami dan mitigasi perubahan iklim. Meskipun demikian, penerapan teori sangat kurang dalam ekologi mikroba di mana, secara paradoks, hal itu paling dibutuhkan.

Sama seperti teori ekologi yang muncul dari sejarah alam untuk menarik kesimpulan umum dari pengamatan spesifik organisme di lingkungannya, ahli mikrobiologi juga membutuhkan teori untuk menginterpretasikan kebanyakan pengamatan yang telah dilakukan sejak van Leeuwenhoek pertama kali melihat ‘animalcules’ lebih dari 300 tahun yang lalu. Dengan meningkatnya ketergantungan pada proses mikroba tertentu (dalam, misalnya, pengolahan air limbah, produksi bahan kimia industri, produksi farmasi dan bioremediasi), dan kesadaran bahwa banyak proses mikroba nonspesifik seperti siklus biogeokimia sangat penting untuk kelestarian ekosistem, memahami faktor-faktor yang mengontrol proses-proses ini sangat penting.

Pentingnya teori

Teori digunakan untuk mengklasifikasikan, menafsirkan, dan memprediksi dunia di sekitar kita. Tanpanya, ekologi mikroba hanyalah akumulasi pernyataan terikat situasi yang memiliki kemampuan prediksi terbatas, memberikan sedikit wawasan bagi ahli mikrobiologi. Teori memiliki peran penting dalam mengembangkan pemahaman tentang, dan menjelaskan interaksi antara, mikroorganisme dan lingkungan fisik, kimia dan biologisnya. Pemahaman ini akan kurang jika hanya bersifat kualitatif, dan karena itu pemahaman yang utuh membutuhkan teori kuantitatif.

Teori menghasilkan prediksi yang dapat menjadi nilai praktis bagi pembuat kebijakan, pemangku kepentingan, dan masyarakat. Contoh yang mencolok adalah penggunaan model epidemiologi untuk memprediksi penyebaran patogen manusia dan tumbuhan dan penggunaan prediksi ini untuk menginformasikan dan menerapkan kebijakan pengendalian . Ada nilai potensial yang serupa dalam menerapkan teori di banyak bidang di mana mikroorganisme memiliki kepentingan lingkungan dan ekonomi.

Sebagai contoh, teori kuantitatif yang lebih baik dapat meningkatkan efisiensi proses pengolahan air limbah, melalui prediksi kondisi operasi yang optimal dan kondisi yang cenderung mengakibatkan kegagalan sistem. Informasi kuantitatif tentang hubungan antara struktur komunitas mikroba , populasidinamika dan aktivitas juga akan memfasilitasi penilaian dan, berpotensi, mitigasi kontribusi mikroba terhadap perubahan iklim, dan harus mengarah pada prediksi kuantitatif dampak perubahan iklim terhadap kontribusi mikroba terhadap proses ekosistem tertentu.

Mengingat tingginya kelimpahan, biomassa, keanekaragaman dan aktivitas global mikroorganisme, teori ekologi yang telah dikembangkan untuk tanaman dan hewan memiliki nilai terbatas jika tidak diterapkan pada komunitas mikroba. Mikroorganisme bisa dibilang memberikan sistem eksperimen yang jauh lebih terkontrol dan lebih dapat dimanipulasi untuk menguji teori ekologi daripada tumbuhan atau hewan, dan pengujian semacam itu penting untuk menetapkan teori umum. Penggunaan sistem mikroba yang lebih terkontrol mungkin juga menghasilkan teori baru yang relevan dengan tumbuhan dan hewan.

Dua faktor membatasi perkembangan teori dalam ekologi mikroba. Yang pertama adalah kurangnya data dan wawasan terkait. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh kesulitan yang melekat dalam mengamati mikroorganisme di alam, yang seringkali memiliki sedikit ciri morfologi yang membedakan dan seringkali tidak dapat dibudidayakan di laboratorium.

Penerapan teknik molekuler independen budidaya dan penerusnya genomik, metagenomik, transkriptomik, dan proteomik telah menghasilkan sejumlah besar pengamatan mikroorganisme baru dan lebih komprehensif di alam, tetapi kami masih kekurangan alat teoretis yang diperlukan untuk mendeteksi prinsip dan mekanisme yang mendasarinya. Faktor kedua adalah budaya, di mana alat dan disiplin teori ekologi bukan bagian dari pola pikir mikrobiologi kontemporer.

Teori ekologi dan penalaran kuantitatif biasanya hanya membentuk komponen kecil dari pendidikan dalam mikrobiologi, dan ahli mikrobiologi secara tradisional menggunakan pendekatan reduksionis yang terperinci yang didasarkan pada pemahaman mekanisme fisiologis, dengan perhatian yang relatif sedikit diberikan pada teori.

Meskipun tantangan bagi ahli ekologi mikroba mungkin tampak sebagai penemuan (atau ingatan) detail yang semakin menarik dari sistem tertentu, ahli teori bertujuan untuk memprediksi sebanyak mungkin tentang suatu sistem menggunakan detail ini sesedikit mungkin; tetapi populasi dan struktur komunitas mikroba, dibandingkan dengan tumbuhan dan hewan, tetap tidak dapat dipahami. Penerapan teknik molekuler telah menunjukkan perlunya penelitian penemuan,

Teori ekologi saat ini

Badan teori yang mapan ada untuk ekologi tanaman dan hewan tetapi perbedaan antara mikroorganisme dan organisme ‘besar’, dan sejauh mana perbedaan ini membatasi penerapan teori yang ada untuk ekologi mikroba, sering membentuk jalan buntu yang diterima secara diam-diam dan jarang dipertanyakan.

Perbedaan yang sering dikutip termasuk ukuran mikroorganisme yang kecil, tingkat pertumbuhan populasi yang tinggi, tingkat penyebaran yang tinggi, kelimpahan mikroorganisme yang sangat besar, dan aspek unik dari biologi mereka (seperti paraseksualitas atau tahap istirahat yang sangat kuat). Namun, luasnya distribusi dari banyak sifat ini di antara mikroorganisme di alam tidak diketahui).

Juga, skala waktu dan ruang yang relatif besar di mana sebagian besar mikroorganisme dipelajari tidak serta merta menghalangi penerapan teori yang ada; teori yang berkaitan dengan subdisiplin ekologi yang disebut makroekologi dikembangkan secara khusus untuk memajukan pemahaman ekologi dalam skala ruang dan waktu yang besar. Tantangan yang dihadapi ahli ekologi mikroba, dan memang semua ahli ekologi, adalah mencocokkan pendekatan teoretis yang sesuai dengan organisme, sistem, skala, dan pertanyaan yang menarik.

Sistem model mikroba telah memainkan peran penting, meskipun sering kurang dihargai, dalam pengembangan teori ekologi yang ada, menunjukkan penerapan umumnya pada mikroorganisme. Namun, teori yang ada kurang umum untuk diterapkan pada mikroorganisme di alam meskipun faktanya ini akan sangat berharga. Akan sangat tidak efisien untuk mencoba menemukan kembali teori yang ada untuk diterapkan pada mikroorganisme.

Selain itu, penerapan teori yang ada akan memberikan kesempatan kepada para ahli ekologi untuk menguji keumuman sebenarnya dari prinsip-prinsip ekologi dan untuk menciptakan suatu ekologi sintetik yang mencakup semua organisme. Ini akan sangat meningkatkan pemahaman kita tentang sistem ekologi dan memungkinkan pengelolaan alam yang jauh lebih efektif.

Pada bagian berikut kita membahas contoh bidang teori ekologi yang mungkin sangat berharga dalam ekologi mikroba. Dalam melakukan ini, kami berusaha untuk menentukan apakah karakteristik khusus mikroorganisme menimbulkan kesulitan dalam menerapkan teori ekologi yang telah dikembangkan untuk tumbuhan dan hewan tingkat tinggi.