माइक्रोबियल लूप: Difference between revisions

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जलीय सूक्ष्मजैविक लूप एक समुद्री संवेदनहीनताजन्य पथ है जो विघटित जैविक कार्बन को खाद्य श्रृंखला में सम्मिलित करता है।

सूक्ष्मजैविक लूप एक संवेदनहीनताजन्य पथ का वर्णन करता है, जहां जलीय प्रणालियों में, विलयित जैविक कार्बन (डीओसी) को जीवाणु जैवभार में सम्मिलित करके उच्च संवेदनहीनताजन्य स्तरों पर वापस किया जाता है और फिर पादपप्लवक जंतुप्लवक-तरणक द्वारा निर्मित उत्कृष्ट खाद्य श्रृंखला के साथ जोड़ा जाता है। मृदा प्रणालियों में, सूक्ष्मजैविक लूप मृदा कार्बन को संदर्भित करता है। सूक्ष्मजैविक लूप शब्द 1983 में फारूक आज़म, टॉम फेनचेल एट अल[1] द्वारा कार्बन और समुद्री पर्यावरण के पोषक चक्रों में जीवाणु द्वारा निभाई गई भूमिका को सम्मिलित करने के लिए दिया गया था।

सामान्य रूप से, विघटित जैविक कार्बन (डीओसी) जीवाणु के विश्लेषण से समुद्र के वातावरण में प्रस्तुत किया जाता है, पादपप्लवक से निश्चित कार्बन का रिसाव या निष्कासन (डायटम से श्लेष्मा एक्सोपॉलीमर), आकस्मिक कोशिका जीर्णता, जंतुप्लवक द्वारा स्लोपी भरण, अपशिष्ट उत्पादों का उत्सर्जन जलीय जंतुओं द्वारा, या स्थलीय पौधों और मिट्टी से कार्बनिक कणों का भंजन या विघटन होता है।[2] सूक्ष्मजैविक लूप समुद्री जीवाणु विकास के लिए इस ऊर्जा-समृद्ध पदार्थ का उपयोग करने के लिए इस कणिका अपरद को विघटित करते हैं। चूंकि समुद्री पारिस्थितिक तंत्र में 95% से अधिक कार्बनिक पदार्थ बहुलक, उच्च आणविक भार (एचएमडब्ल्यू) यौगिकों (जैसे, प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड, लिपिड) से बने होते हैं, कुल घुलित कार्बनिक पदार्थ (डीओएम) का उच्च संवेदनहीनताजन्य स्तरों पर अधिकांश समुद्री जीवों के लिए आसानी से उपयोग किया जा सकता है। इसका तात्पर्य यह है कि अधिकांश समुद्री जीवों के लिए घुलित जैविक कार्बन प्रत्यक्ष उपलब्ध नहीं है; समुद्री जीवाणु इस जैविक कार्बन को खाद्य जाल में प्रस्तुत करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अतिरिक्त ऊर्जा उच्च संवेदनहीनताजन्य स्तरों के लिए उपलब्ध हो जाती है। हाल ही में सूक्ष्मजैविक लूप शब्द के स्थान पर सूक्ष्मजैविक खाद्य जाल शब्द को प्रतिस्थापित किया गया है।

इतिहास

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By regions
Carbon dioxide
Forms of carbon
Metabolic pathways
Carbon respiration
Carbon pumps
Carbon sequestration
Methane
Biogeochemical
Other

सूक्ष्मजैविक लूप की खोज से पहले, समुद्री खाद्य जाल का उत्कृष्ट दृश्य पादपप्लवक से तरणक तक एक रैखिक श्रृंखला में से एक था। सामान्य रूप से, समुद्री जीवाणुओं को कार्बनिक पदार्थ (कार्बन सहित) के महत्वपूर्ण उपभोक्ता नहीं माना जाता था, हालांकि वे सम्मिलित थे। हालांकि, पोमेरॉय और आज़म द्वारा 1970 और 1980 के दशक के समय एक समुद्री वेलापवर्ती खाद्य जाल के विचार को चुनौती दी गई थी, जिन्होंने जीवाणु से प्रोटोजोआ से मेटाज़ोन तक कार्बन प्रवाह के वैकल्पिक पथ का सुझाव दिया था।[3][1]

समुद्री पारिस्थितिकी में प्रारंभिक कार्य जिसने समुद्री वातावरण में जीवाणुओं की भूमिका की जांच की, उनकी भूमिका बहुत कम होने का निष्कर्ष निकाला। जीवाणुओं की गणना के पारंपरिक तरीकों (जैसे, यदि प्लेटों पर संवर्धन) से केवल बहुत कम संख्या में जीवाणु उत्पन्न हुए जो समुद्री जल में उनके वास्तविक परिवेश अधिवृद्धि से बहुत छोटे थे। जीवाणुओं की गणना के लिए प्रौद्योगिकी के विकास से समुद्री वातावरण में समुद्री जीवाणुओं के महत्वपूर्ण महत्व की समझ उत्पन्न हुई है।

1970 के दशक में, फ्रांसिस्को एट अल (1973) और हॉबी एट अल (1977) द्वारा प्रत्यक्ष सूक्ष्म गणना की वैकल्पिक तकनीक विकसित की गई थी। जीवाणु कोशिकाओं को एक अधिदीप्ति सूक्ष्मदर्शी के साथ गणना की जाती थी, जिसे " एओडीसी'' कहा जाता है। इससे समुद्री जल में जीवाणुओं की बड़ी सांद्रता का पुनर्मूल्यांकन हुआ, जो अपेक्षा (सामान्य रूप से 1 मिलियन प्रति मिलीलीटर के क्रम में) से अधिक पाया गया। इसके अतिरिक्त, "जीवाणु उत्पादकता आमापन" के विकास से पता चला है कि शुद्ध प्राथमिक उत्पादन (एनपीपी) का एक बड़ा अंश (अर्थात 50%) समुद्री जीवाणुओं द्वारा संसाधित किया गया था।

1974 में, लैरी पोमेरॉय ने बायोसाइंस में "द ओशन्स खाद्य जाल: ए चेंजिंग पैराडाइम" शीर्षक से एक पत्र प्रकाशित किया, जिसमें समुद्र की उत्पादकता में रोगाणुओं की प्रमुख भूमिका पर प्रकाश डाला गया था।[3] 1980 के दशक के प्रारंभ में, आज़म और शीर्ष महासागर वैज्ञानिकों के एक पैनल ने समुद्री पारिस्थितिकी विकास श्रृंखला नामक पत्रिका में समुद्र में जल स्तंभ सूक्ष्मजीवों की पारिस्थितिक भूमिका नामक अपनी चर्चा के संश्लेषण को प्रकाशित किया। इस पत्र में 'सूक्ष्मजैविक लूप' शब्द का परिचय दिया गया था, जिसमें उल्लेख किया गया था कि जीवाणु-उपभोग करने वाले प्रजीव पादपप्लवक के समान आकार वर्ग में थे और संभवतः प्लवकीय क्रसटेशियन के आहार का एक महत्वपूर्ण घटक थे।[1]

इस समय से संचित प्रमाण ने संकेत दिया है कि इनमें से कुछ जीवाणुभक्षी प्रजीव (जैसे सरोम) वास्तव में इन कॉपपोडों द्वारा चयनात्मक रूप से नष्ट किए जाते हैं। 1986 में, प्रोक्लोरोकोकस, जो समुद्र के अल्पपोषी क्षेत्रों में उच्च बहुलता में पाया जाता है, सैली डब्ल्यू. चिशोल्म, रॉबर्ट जे. ओल्सन और अन्य सहयोगियों द्वारा खोजा गया था (हालांकि समुद्र में क्लोरोफिल बी युक्त बहुत छोटे साइनोबैक्टीरिया के कई पुराने रिकॉर्ड थे[4][5] प्रोक्लोरोकोकस की खोज 1986 में हुई थी।[6] इस खोज के आधार पर, शोधकर्ताओं ने समुद्र में सुपोषी से अल्पपोषी क्षेत्रों में पोषक तत्व प्रवणता के साथ समुद्री जीवाणु की बदलती भूमिका देखी।[7]

सूक्ष्मजैविक लूप को नियंत्रित करने वाले कारक

सूक्ष्मजैविक लूप की दक्षता इसके अंदर समुद्री जीवाणुओं के घनत्व से निर्धारित होती है।[8] यह स्पष्ट हो गया है कि जीवाणु घनत्व मुख्य रूप से छोटे प्रोटोजोअन्स और फ्लैगेलेट्स के विभिन्न वर्गिकीय समूहों की अल्पस्पर्शी गतिविधि द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इसके अतिरिक्त, विषाणु संक्रमण जीवाणु लसीका का कारण बनता है, जो कोशिका पदार्थ को वापस विघटित कार्बनिक पदार्थ (डीओएम) निकाय में छोड़ देता है, जिससे सूक्ष्मजैविक लूप की समग्र दक्षता कम हो जाती है। विषाणुजनित संक्रमण से मृत्यु दर लगभग उतनी ही होती है जितनी कि प्रोटोजोअन अल्पस्पर्शी की होती है। हालांकि, प्रोटोजोआ अल्पस्पर्शी की तुलना में, विषाणु लसीका का प्रभाव बहुत भिन्न हो सकता है क्योंकि लसीका प्रत्येक समुद्री जीवाणु के लिए अत्यधिक परपोषक-विशिष्ट है। प्रोटोजोआ अल्पस्पर्शी और विषाणु संक्रमण दोनों जीवाणु के विकास के प्रमुख अंश को संतुलित करते हैं। इसके अतिरिक्त, सुपोषी क्षेत्रों के अतिरिक्त अल्पपोषी पानी में सूक्ष्मजैविक लूप होते है - वहां उत्कृष्ट प्लवक खाद्य श्रृंखला, खनिज पोषक तत्वों की निरंतर शुद्ध आपूर्ति के कारण (जैसे समशीतोष्ण जल में स्त्रोत प्रस्फुटन, उत्स्रवण क्षेत्र) प्रबल होती है। सूक्ष्मजैविक लूप की दक्षता का परिमाण रेडियोलेबल कार्यद्रव (जैसे ट्रिटियम थाइमिडीन या ल्यूसीन) के जीवाणु समावेश को मापकर निर्धारित किया जा सकता है।

समुद्री पारिस्थितिक तंत्र में

विघटित कार्बनिक पदार्थ (डीओएम) के उपयोग के माध्यम से समुद्री खाद्य जाल की दक्षता बढ़ाने में सूक्ष्मजैविक लूप का विशेष महत्व है, जो सामान्य रूप से अधिकांश समुद्री जीवों के लिए अनुपलब्ध है। इस अर्थ में, प्रक्रिया कार्बनिक पदार्थों और पोषक तत्वों के पुनर्चक्रण में सहायता करती है और ताप प्रवणता के ऊपर ऊर्जा के हस्तांतरण में मध्यस्थता करती है। जीवाणु में सम्मिलित 30% से अधिक विघटित जैविक कार्बन (डीओसी) का श्वसन होता है और कार्बन डाईऑक्साइड के रूप में निकलता है। जल स्तंभ में सूक्ष्मजैविक लूप का अन्य मुख्य प्रभाव यह है कि यह पोषक तत्व-सीमित वातावरण (जैसे अल्पपोषी जल) में पुन: उत्पादन के माध्यम से खनिजीकरण (जीव विज्ञान) को तेज करता है। सामान्य रूप से, संपूर्ण सूक्ष्मजैविक लूप अधिकांश सीमा तक समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र में सभी बहुकोशिकीय समुद्री जीवों के द्रव्यमान का पांच से दस गुना अधिक होता है। अधिकांश समुद्री वातावरण में समुद्री जीवाणु खाद्य जाल का आधार हैं, और वे समुद्री खाद्य जाल और महत्वपूर्ण जलीय प्रक्रियाओं (जैसे मत्स्य पालन की उत्पादकता और समुद्र तल पर निर्यात की जाने वाली कार्बन की मात्रा) दोनों की पोषण क्षमता में सुधार करते हैं। इसलिए, सूक्ष्मजैविक लूप, प्राथमिक उत्पादन के साथ मिलकर समुद्र में समुद्री प्रणालियों की उत्पादकता को नियंत्रित करता है।

कई प्लवकीय जीवाणु गतिशील होते हैं, प्रसार करने के लिए सामान्यतया उपखंडित या बहु संधित का उपयोग करते हैं, और रसायन अनुचलन का पता लगाने, स्थानांतरित करने और विघटित कार्बनिक पदार्थ (डीओएम) के एक बिंदु स्रोत से जुड़ने के लिए जहां तेजी से बढ़ने वाली कोशिकाएं कण के सभी या भाग को संग्रहीत कर लेती हैं। ऐसे भाग पर कुछ ही मिनटों के अंदर संचय प्रत्यक्ष रूप से देखा जा सकता है। इसलिए, जल स्तंभ को अधिकांश सीमा तक पूरी तरह से मिश्रित प्रणाली के अतिरिक्त एक छोटे पैमाने पर स्थानिक रूप से संगठित स्थान के रूप में माना जा सकता है। यह भाग निर्मित सूक्ष्मजैविक लूप में पदार्थ और ऊर्जा के जैविक रूप से मध्यस्थता वाले हस्तांतरण को प्रभावित करता है।

अधिक वर्तमान में, सूक्ष्मजैविक लूप को अधिक विस्तारित माना जाता है।[9] विशिष्ट जीवाणु (जैसे डीएनए, लिपिड, शर्करा, आदि) में रासायनिक यौगिक और C:N के समान मूल्य प्रति कण अनुपात अजैविक रूप से निर्मित सूक्ष्म कण में पाए जाते हैं। सूक्ष्म कण जीवाणुभक्षी प्लवक के लिए एक संभावित आकर्षक खाद्य स्रोत हैं। यदि यह स्थिति है, तो सूक्ष्मजैविक लूप को अजैविक सूक्ष्म कण निर्माण के माध्यम से उच्च संवेदनहीनताजन्य स्तरों तक विघटित कार्बनिक पदार्थ (डीओएम) के प्रत्यक्ष हस्तांतरण के पथ द्वारा बढ़ाया जा सकता है। इसका दो तरह से पारिस्थितिक महत्व है। सबसे पहले, यह कार्बन हानि के बिना होता है, और कार्बनिक पदार्थ को केवल परपोषित जीवाणु के अतिरिक्त भक्षपोषित जीवों के लिए अधिक कुशलता से उपलब्ध कराता है। इसके अतिरिक्त, विस्तारित सूक्ष्मजैविक लूप में अजैविक परिवर्तन केवल तापमान और विघटित कार्बनिक पदार्थ की कुल क्षमता पर निर्भर करता है, जबकि जैविक परिवर्तन इसकी जैविक उपलब्धता पर निर्भर है।[9]


भूमि पारिस्थितिक तंत्र में

मृदा पारिस्थितिक तंत्र अत्यधिक जटिल होते हैं और विभिन्न परिदृश्य-पैमाने की व्यतिक्रम के अधीन होते हैं जो यह नियंत्रित करते हैं कि क्या मृदा कार्बन को बनाए रखा जाता है या वातावरण में छोड़ा जाता है।[10] मृदा कार्बन का अंतिम भाग्य मिट्टी के सूक्ष्म जीवों सहित पौधों और जमीन के नीचे के जीवों की संयुक्त गतिविधियों का एक कार्य है। हालांकि मिट्टी के सूक्ष्मजीवों को कार्बन चक्रण से संबंधित जैव-भू-रासायनिक कार्यों की अधिकता का समर्थन करने के लिए जाना जाता है,[11] मृदा सूक्ष्म-जीवोंम का अधिकतम सीमा तक अनुपजाऊ रहती है, इसमें बड़े पैमाने पर गुप्त कार्य होते हैं।[12] मिट्टी के सूक्ष्मजीव जीवन का केवल एक अंश आज तक सूचीबद्ध किया गया है, हालांकि नए मिट्टी के रोगाणु[12]और विषाणु तेजी से खोजे जा रहे हैं।[13] ज्ञान की इस कमी के परिणामस्वरूप मिट्टी के कार्बनिक कार्बन चक्रण में मिट्टी के सूक्ष्मजीवों के योगदान की अनिश्चितता होती है और जलवायु परिवर्तन के अंतर्गत वैश्विक कार्बन प्रवाह के लिए परिशुद्ध अनुमानित मॉडल के निर्माण में बाधा उत्पन्न होती है।[14][15]

मृदा सूक्ष्म-जीवोंम चयापचय क्षमता से संबंधित जानकारी की कमी विशेष रूप से पर्यावरण परिवर्तन की प्रतिक्रिया में होने वाली सूक्ष्मजैविक गतिविधियों में बदलाव के लिए परिशुद्ध रूप से चुनौतीपूर्ण है। उदाहरण के लिए, संयंत्र-व्युत्पन्न कार्बन निर्गम सूक्ष्मजैविक गतिविधि को सम्मिलित मिट्टी जैविक कार्बन को मॉडल अपेक्षाओं से अधिक दरों पर विघटित करने के लिए प्रमुख कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कार्बन प्रवाह के पूर्वानुमानित मॉडल में त्रुटि होती है।[16][15]

इसे ध्यान में रखते हुए, एक वैचारिक मॉडल जिसे सूक्ष्मजैविक कार्बन पंप के रूप में जाना जाता है, जिसे दाईं ओर आरेख में दिखाया गया है, यह परिभाषित करने के लिए विकसित किया गया है कि मिट्टी के सूक्ष्मजीव मिट्टी के कार्बनिक पदार्थों को कैसे बदलते और स्थिर करते हैं।[17] जैसा कि आरेख में दिखाया गया है, वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड पौधों (या स्वपोषी सूक्ष्मजीवों) द्वारा निर्धारित किया जाता है और प्रक्रियाओं के माध्यम से मिट्टी में जोड़ा जाता है जैसे (1) कम आणविक भार सरल कार्बन यौगिकों का मूल निकासन, या पत्ती और जड़ कचरा का संचय अग्रणी जटिल संयंत्र पॉलीसेकेराइड के संचय के लिये किया जाता है। (2) इन प्रक्रियाओं के माध्यम से, कार्बन को सूक्ष्मजैविक चयापचय निर्माण के लिए जैव उपलब्ध बनाया जाता है और बाद में या तो (3) वातावरण में श्वसन किया जाता है या (4) सूक्ष्मजैविक परिगलित द्रव्यमान के रूप में स्थिर कार्बन निकाय में प्रवेश किया जाता है। कार्बन इफ्लक्स बनाम प्रजीव का परिशुद्ध संतुलन कई कारकों का एक कार्य है, जिसमें जमीन के ऊपर पौधे की सामुदायिक संरचना और जड़ नि:स्रवण रूपरेखा, पर्यावरण चर और सामूहिक सूक्ष्मजैविक समलक्षणी (अर्थात, मेटाफेनोम) सम्मिलित हैं।[18][15]

इस मॉडल में, कार्बन आवर्तन के लिए सूक्ष्मजैविक चयापचय गतिविधियों को दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: पूर्व अंतर्जीव संशोधन, बाह्य कोशिकीय एंजाइमों द्वारा संयंत्र-व्युत्पन्न कार्बन के परिवर्तन का संदर्भ देते हुए, और अंतर्जीव आवर्तन में, सूक्ष्मजैविक जैवभार आवर्तन में उपयोग किए जाने वाले अन्त:कोशिक कार्बन के लिए या मृत सूक्ष्मजैविक के रूप में एकत्र जैवभार, जिसे परिगलित द्रव्यमान कहा जाता है। अपचयी गतिविधियों के विपरीत प्रभाव जो मिट्टी के जैविक कार्बन को कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) के रूप में छोड़ते हैं,अपचय बनाम उपचय पथ जो स्थिर कार्बन यौगिकों का उत्पादन करते हैं, शुद्ध कार्बन अवधारण दरों को नियंत्रित करते हैं। विशेष रूप से, सूक्ष्मजैविक कार्बन अनुक्रम मिट्टी कार्बन प्रवाह के एक कम प्रतिनिधित्व वाले स्वरूपों का प्रतिनिधित्व करता है जिसे सूक्ष्मजैविक कार्बन पंप मॉडल संबोधित करने का प्रयास करता है।[17] अनिश्चितता का एक संबंधित क्षेत्र यह है कि पौधे से प्राप्त कार्बन का प्रकार सूक्ष्मजैविक मिट्टी जैविक कार्बन भंडारण को कैसे बढ़ाता है या वैकल्पिक रूप से मिट्टी जैविक कार्बन अपघटन को तेज करता है।[19] उदाहरण के लिए, जंगल की मिट्टी में सूक्ष्मजैविक वृद्धि के लिए पत्ती कचरा और शैल संस्तर कार्बन के स्रोत के रूप में काम करते हैं, लेकिन कचरा के रसायन और पीएच वनस्पति प्रकार [जैसे, जड़ और पत्तेदार कचरा के बीच[20] या पर्णपाती और शंकुधारी वन कचरा (14)] के बीच भिन्न होते हैं। बदले में, ये जैव रासायनिक अंतर बदलते अपघटन गतिकी के माध्यम से मिट्टी के जैविक कार्बन स्तरों को प्रभावित करते हैं।[21] इसके अतिरिक्त, पादप समुदायों की विविधता बढ़ने से प्रकंद संचय की दर बढ़ जाती है, सूक्ष्मजैविक गतिविधि और मिट्टी के जैविक कार्बन भंडारण को उत्तेजित करता है,[22] हालाँकि मिट्टी अंततः एक संतृप्ति बिंदु तक पहुँच जाती है जिसके आगे वे अतिरिक्त कार्बन एकत्र नहीं कर सकते हैं।[23][15]


यह भी देखें

सूक्ष्मजैविक लूप के माध्यम से मृदा कार्बन चक्र [15]

संदर्भ

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