माइक्रोबियल लूप

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 द्वारा कार्बन और समुद्री पर्यावरण के पोषक चक्रों में बैक्टीरिया द्वारा निभाई गई भूमिका को सम्मिलित करने के लिए दिया गया था।

सामान्य रूप से, विघटित जैविक कार्बन (डीओसी) बैक्टीरिया 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। 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 बैक्टीरिया 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
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 बैक्टीरिया से प्रोटोजोआ से मेटाज़ोन तक कार्बन प्रवाह के वैकल्पिक पथ का सुझाव दिया था। EDIT

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 गिनती के पारंपरिक तरीकों (जैसे, अगर प्लेटों पर संवर्धन) से केवल बहुत कम संख्या में जीवाणु उत्पन्न हुए जो समुद्री जल में उनके वास्तविक परिवेश बहुतायत 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, प्रत्यक्ष बैक्टीरियोप्लांकटन गिनती विधियों की वैकल्पिक तकनीक फ्रांसिस्को एट अल द्वारा विकसित की गई थी। (1973) और हॉबी एट अल। (1977)। बैक्टीरियल कोशिकाओं को एक एपिफ़्लोरेसेंस माइक्रोस्कोप के साथ गिना जाता था, जिसे एक्रिडीन नारंगी डायरेक्ट काउंट (एओडीसी) कहा जाता है। इससे समुद्री जल में जीवाणुओं की बड़ी सांद्रता का पुनर्मूल्यांकन हुआ, जो अपेक्षा से अधिक पाया गया (आमतौर पर 1 मिलियन प्रति मिलीलीटर के क्रम में)। इसके अलावा, जीवाणु उत्पादकता परख के विकास से पता चला है कि शुद्ध प्राथमिक उत्पादन (एनपीपी) का एक बड़ा अंश (यानी 50%) समुद्री बैक्टीरिया द्वारा संसाधित किया गया था।

1974 में, लैरी पोमेरॉय ने बायोसाइंस में "द ओशन्स खाद्य जाल: ए चेंजिंग पैराडाइम" शीर्षक से एक पेपर प्रकाशित किया, जिसमें समुद्र की उत्पादकता में रोगाणुओं की प्रमुख भूमिका पर प्रकाश डाला गया था। 1980 के दशक की शुरुआत में, आज़म और शीर्ष महासागर वैज्ञानिकों के एक पैनल ने मरीन इकोलॉजी प्रोग्रेस सीरीज़ नामक पत्रिका में द इकोलॉजिकल रोल ऑफ़ वॉटर कॉलम माइक्रोब्स इन द सी 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 बैक्टीरिया-उपभोग करने वाले प्रोटिस्ट पादपप्लवक के समान आकार वर्ग में थे और संभवतः प्लैंकटोनिक क्रसटेशियन  के आहार का एक महत्वपूर्ण घटक थे।

इस समय से संचित साक्ष्य ने संकेत दिया है कि इनमें से कुछ जीवाणुभक्षी प्रोटिस्ट (जैसे सिलियेट्स) वास्तव में इन कॉपपोडों द्वारा चुनिंदा रूप से शिकार किए जाते हैं। 1986 में, प्रोक्लोरोकोकस, जो समुद्र के ओलिगोट्रोफिक क्षेत्रों में उच्च बहुतायत में पाया जाता है, की खोज सैली डब्ल्यू. चिशोल्म, रॉबर्ट जे. ओल्सन और अन्य सहयोगियों द्वारा की गई थी (हालांकि बहुत छोटे साइनोबैक्टीरीया  के कई पुराने रिकॉर्ड थे जिनमें  क्लोरोफिल B  था। सागर  प्रोक्लोरोकोकस की खोज 1986 में हुई थी .<रेफरी नाम= चिशोल्म फ्रेंकल गोएरिक ओल्सन 1992 पीपी. 297–300 >{{cite journal | last1=Chisholm | first1=Sallie W. |author-link=Sallie W. Chisholm | last2=Frankel | first2=Sheila L. | last3=Goericke | first3=Ralf | last4=Olson | first4=Robert J. | last5=Palenik | first5=Brian | last6=Waterbury | first6=John B. | last7=West-Johnsrud | first7=Lisa | last8=Zettler | first8=Erik R. | title=प्रोक्लोरोकोकस मेरिनस नव. जनरल। नवम्बर एसपी .: एक ऑक्सीफोटोट्रोफिक समुद्री प्रोकैरियोट जिसमें डिवाइनिल क्लोरोफिल ए और बी होता है| journal=Archives of Microbiology | volume=157 | issue=3 | year=1992 | issn=0302-8933 | doi=10.1007/bf00245165 | pages=297–300| s2cid=32682912 } इस खोज के आधार पर, शोधकर्ताओं ने समुद्र में यूट्रोफिक से ओलिगोट्रोफिक क्षेत्रों में पोषक तत्व प्रवणता के साथ समुद्री बैक्टीरिया की बदलती भूमिका देखी।

सूक्ष्मजैविक लूप को नियंत्रित करने वाले कारक
सूक्ष्मजैविक लूप की दक्षता इसके भीतर समुद्री जीवाणुओं के घनत्व से निर्धारित होती है। यह स्पष्ट हो गया है कि जीवाणु घनत्व मुख्य रूप से छोटे प्रोटोजोअन्स और फ्लैगेलेट्स के विभिन्न टैक्सोनोमिक समूहों की चराई गतिविधि द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इसके अलावा, वायरल संक्रमण जीवाणु लसीका का कारण बनता है, जो कोशिका सामग्री को वापस विघटित कार्बनिक पदार्थ (डीओएम) पूल 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 चराई से। हालांकि, प्रोटोजोआ चराई की तुलना में, वायरल लसीका का प्रभाव बहुत भिन्न हो सकता है क्योंकि लसीका प्रत्येक समुद्री बैक्टीरिया के लिए अत्यधिक मेजबान-विशिष्ट है। प्रोटोजोआ चराई और वायरल संक्रमण दोनों बैक्टीरिया के विकास के प्रमुख अंश को संतुलित करते हैं। इसके अलावा, यूट्रोफिक क्षेत्रों के बजाय ओलिगोट्रोफिक पानी में सूक्ष्मजैविक लूप हावी है - वहां शास्त्रीय प्लैंकटन खाद्य श्रृंखला प्रबल होती है, खनिज पोषक तत्वों की लगातार ताजा आपूर्ति के कारण (जैसे समशीतोष्ण जल में वसंत खिलना, ऊपर उठने वाले क्षेत्र)। सूक्ष्मजैविक लूप की दक्षता का परिमाण रेडिओलेबेल्ड सबस्ट्रेट्स (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 आमतौर पर अधिकांश समुद्री जीवों के लिए अनुपलब्ध है। इस अर्थ में, प्रक्रिया कार्बनिक पदार्थों और पोषक तत्वों के पुनर्चक्रण में सहायता करती है और थर्मोकलाइन के ऊपर ऊर्जा के हस्तांतरण में मध्यस्थता करती है। बैक्टीरिया 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 ओलिगोट्रोफिक जल) में पुन: उत्पादन के माध्यम से खनिजीकरण (जीव विज्ञान) को तेज करता है। सामान्य रूप से, संपूर्ण सूक्ष्मजैविक लूप कुछ हद तक समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र में सभी बहुकोशिकीय समुद्री जीवों के द्रव्यमान का पांच से दस गुना अधिक होता है। अधिकांश समुद्री वातावरण में समुद्री बैक्टीरिया 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 प्लैंकटोनिक बैक्टीरिया गतिशील होते हैं, प्रचार करने के लिए फ्लैगेलम का उपयोग करते हैं, और कीमोटैक्सिस का पता लगाने, स्थानांतरित करने और भंग कार्बनिक पदार्थ (डीओएम) के एक बिंदु स्रोत से जुड़ने के लिए जहां तेजी से बढ़ने वाली कोशिकाएं कण के सभी या हिस्से को पचा लेती हैं। ऐसे पैच पर कुछ ही मिनटों के भीतर संचय प्रत्यक्ष रूप से देखा जा सकता है। इसलिए, जल स्तंभ को कुछ हद तक पूरी तरह से मिश्रित प्रणाली के बजाय एक छोटे पैमाने पर स्थानिक रूप से संगठित स्थान के रूप में माना जा सकता है। यह पैच गठन 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। विशिष्ट बैक्टीरिया (जैसे डीएनए, लिपिड, शर्करा, आदि) में रासायनिक यौगिक और सी के समान मूल्य: प्रति कण एन अनुपात अजैविक रूप से निर्मित माइक्रोपार्टिकल्स में पाए जाते हैं। माइक्रोपार्टिकल्स जीवाणुभक्षी प्लवक के लिए एक संभावित आकर्षक खाद्य स्रोत हैं। यदि यह स्थिति है, तो सूक्ष्मजैविक लूप को अजैविक माइक्रोपार्टिकल फॉर्मेशन 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 हेटरोट्रोफिक बैक्टीरिया के बजाय फैगोट्रोफिक जीवों के लिए अधिक कुशलता से उपलब्ध कराता है। इसके अलावा, विस्तारित सूक्ष्मजैविक लूप में अजैविक परिवर्तन केवल तापमान और डोम की कुल क्षमता पर निर्भर करता है, जबकि जैविक परिवर्तन इसकी जैविक उपलब्धता पर निर्भर है।

भूमि पारिस्थितिक तंत्र में
मृदा पारिस्थितिक तंत्र अत्यधिक जटिल होते हैं और विभिन्न परिदृश्य-पैमाने की गड़बड़ियों के अधीन होते हैं जो यह नियंत्रित करते हैं कि क्या मृदा कार्बन को बनाए रखा जाता है या वातावरण में छोड़ा जाता है। 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 साइकलिंग से संबंधित जैव-भू-रासायनिक कार्यों की अधिकता का समर्थन करने के लिए जाना जाता है, मृदा माइक्रोबायोम का विशाल बहुमत अनुपजाऊ रहता है और इसमें बड़े पैमाने पर गूढ़ कार्य होते हैं। मिट्टी के सूक्ष्मजीव जीवन का केवल एक अंश आज तक सूचीबद्ध किया गया है, हालांकि नए मिट्टी के रोगाणु और वायरस तेजी से खोजे जा रहे हैं। ज्ञान की इस कमी के परिणामस्वरूप मृदा सूक्ष्मजीवों के मृदा जैविक कार्बन सायक्लिंग में योगदान की अनिश्चितता होती है और जलवायु परिवर्तन के तहत वैश्विक कार्बन प्रवाह के लिए सटीक भविष्य कहनेवाला मॉडल के निर्माण में बाधा उत्पन्न होती है।

मृदा माइक्रोबायोम चयापचय क्षमता से संबंधित जानकारी की कमी विशेष रूप से पर्यावरण परिवर्तन की प्रतिक्रिया में होने वाली सूक्ष्मजैविक गतिविधियों में बदलाव के लिए सटीक रूप से चुनौतीपूर्ण है। उदाहरण के लिए, संयंत्र-व्युत्पन्न कार्बन इनपुट सूक्ष्मजैविक गतिविधि को मौजूदा मिट्टी जैविक कार्बन को मॉडल अपेक्षाओं से अधिक दरों पर विघटित करने के लिए प्रमुख कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कार्बन फ्लक्स के पूर्वानुमानित मॉडल में त्रुटि होती है।

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। जैसा कि आरेख में दिखाया गया है, वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड पौधों (या स्वपोषी सूक्ष्मजीवों) द्वारा तय किया जाता है और प्रक्रियाओं के माध्यम से मिट्टी में जोड़ा जाता है जैसे (1) कम आणविक भार सरल कार्बन यौगिकों का मूल निकास, या पत्ती और जड़ कूड़े का जमाव अग्रणी जटिल संयंत्र पॉलीसेकेराइड के संचय के लिए। (2) इन प्रक्रियाओं के माध्यम से, कार्बन को सूक्ष्मजैविक मेटाबॉलिक फैक्ट्री के लिए जैवउपलब्ध बनाया जाता है और बाद में या तो (3) वातावरण में श्वसन किया जाता है या (4) सूक्ष्मजैविक नेक्रोमास के रूप में स्थिर कार्बन पूल में प्रवेश किया जाता है। कार्बन इफ्लक्स बनाम पर्सिस्टेंस का सटीक संतुलन कई कारकों का एक कार्य है, जिसमें उपरोक्त ग्राउंड प्लांट सामुदायिक संरचना और रूट एक्सयूडेट प्रोफाइल, पर्यावरण चर और सामूहिक सूक्ष्मजैविक फेनोटाइप (यानी, मेटाफेनोम) सम्मिलित हैं।

इस मॉडल में, कार्बन टर्नओवर के लिए सूक्ष्मजैविक चयापचय गतिविधियों को दो श्रेणियों में विभाजित किया गया है: पूर्व विवो संशोधन, बाह्य कोशिकीय एंजाइमों द्वारा संयंत्र-व्युत्पन्न कार्बन के परिवर्तन का संदर्भ देते हुए, और विवो टर्नओवर में, सूक्ष्मजैविक जैवभार टर्नओवर में उपयोग किए जाने वाले इंट्रासेल्युलर कार्बन के लिए या मृत सूक्ष्मजैविक के रूप में जमा जैवभार, जिसे नेक्रोमास कहा जाता है। कैटोबोलिक गतिविधियों के विपरीत प्रभाव जो मिट्टी के जैविक कार्बन को कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में छोड़ते हैं, 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 पहलू का प्रतिनिधित्व करता है जिसे सूक्ष्मजैविक कार्बन पंप मॉडल संबोधित करने का प्रयास करता है। 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। उदाहरण के लिए, जंगल की मिट्टी में सूक्ष्मजैविक वृद्धि के लिए पत्ती कूड़े और सुई कूड़े कार्बन के स्रोत के रूप में काम करते हैं, लेकिन कूड़े के रसायन और पीएच वनस्पति प्रकार [जैसे, जड़ और पत्तेदार कूड़े के बीच भिन्न होते हैं। या पर्णपाती और शंकुधारी वन कूड़े (14)] के बीच। बदले में, ये जैव रासायनिक अंतर बदलते अपघटन गतिकी के माध्यम से मिट्टी के जैविक कार्बन स्तरों को प्रभावित करते हैं। इसके अलावा, पादप समुदायों की विविधता बढ़ने से प्रकंद जमाव की दर बढ़ जाती है, सूक्ष्मजैविक गतिविधि और मिट्टी के जैविक कार्बन भंडारण को उत्तेजित करता है, हालाँकि मिट्टी अंततः एक संतृप्ति बिंदु तक पहुँच जाती है जिसके आगे वे अतिरिक्त कार्बन जमा नहीं कर सकते हैं।

यह भी देखें

 * जैविक पंप
 * एफ-अनुपात (समुद्र विज्ञान)|एफ-अनुपात
 * प्लवक
 * समुद्री हिमपात
 * फाइकोस्फीयर

ग्रन्थसूची

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