مقدمة في المفاهيم والأدوات لدراسة الأحياء الدقيقة

محيطات oceans العالم هي غابات مكتظة ولكن غير مرئية من الأحياء الدقيقة microorganisms والفيروسات viruses. على سبيل المثال، لتر واحد من مياه البحر يحتوي على أكثر من 25.000 نوع بكتيري مختلف.

جزء كبير من هذه الميكروبات البحرية marine microbes تمثل العوالق النباتية phytoplankton (phyto = "نبات plant"؛ plankto = "تجول wandering")، والتي هي مجتمعات طافية floating communities من السيانوبكتيريا cyanobacteria والطحالب حقيقية النواة eukaryotic algae. إضافة إلى تشكيل الأساس للشبكة الغذائية البحرية marine food web، تشكل العوالق النباتية 50 ٪ من عملية البناء الضوئي photosynthesis  على الأرض، وبالقيام بذلك، تورد حوالي نصف غاز الأوكسجين oxygen gas الذي نتنفسه نحن وغيرنا من الكائنات الحية.

أثناء أخذهم عينات من مياه المحيطات، اكتشف علماء من معهد وودز هول لعلوم المحيطات Woods Hole Oceanographic Institution في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن العديد من عيناتهم كانت مليئة بسيانوبكتيريا بحرية، والتي اطلقوا عليها في نهاية المطاف اسم بروكلوروكوكس Prochlorococcus. يتواجد في المحيطات المدارية وشبه المدارية tropical and subtropical، تحتوي عينة نموذجية غالبا على أكثر من 200.000 خلية في قطرة واحدة من مياه البحر.

تشير الدراسات على بروكلوروكوكس Prochlorococcus أنه مسؤول عن ما يقرب من 50 ٪ من البناء الضوئي في المحيطات المفتوحة. هذا يجعل بروكلوروكوكس Prochlorococcus الكائن الحي البحري الأصغر والأكثر وفرة الذي يقوم بعملية البناء الضوئي تم اكتشافه حتى الآن.

يعزى نجاح بروكلوروكوكس Prochlorococcus، جزئياً، إلى وجود أنماط بيئية ecotypes مختلفة تسكن أعماق مختلفة من المحيطات (الأنواع البيئية ecotypes: مجموعات فرعية من الأنواع التي لها خصائص خاصة من أجل النجاة في البيئية المحيطة). على سبيل المثال، يوجد النمط البيئي المحب لضوء الشمس العالي في المياه السطحية surface waters بينما يوجد النمط البيئي المحب للضوء المنخفض أقل من 50 متر. هذا النمط البيئي الأخير يعوض انخفاض الضوء بزيادة كمية الكلوروفيل الخلوي cellular chlorophyll الذي يمكنه التقاط الضوء المتوفر.

فيما يتعلق بالمصادر النيتروجينية nitrogen sources، يستخدم النمط البيئي المحب لضوء الشمس العالي أيونات الأمونيوم ammonium ions (⁺NH₄) فقط. مع زيادة العمق، أيونات الأمونيوم ⁺NH₄ أقل وفرة وبالتالي فإن النمط البيئي المحب للضوء المنخفض يعوض باستخدام مجموعة متنوعة من مصادر النيتروجين.

هذه وغيرها من السمات لبروكلوروكوكس Prochlorococcus توضح كيف تنجو الميكروبات عبر التغيير. هي ذات أهمية عالمية لأداء المحيط الحيوي biosphere, وتؤثر بشكل مباشر وغير مباشر، على حياتنا على الأرض (المحيط الحيوي: ذلك الجزء من الأرض، بما في ذلك الهواء والتربة والماء، حيث توجد الحياة).

مجدداً، نحن نواجه مجموعة متعددة التخصصات interdisciplinary من العلماء scientists يدرسون كيف تؤثر الأحياء الدقيقة على حياتنا والحياة على هذا الكوكب. درس علماء البيئة الميكروبية Microbial ecologists كيف تساعد مجتمعات العوالق النباتية phytoplankton communities في إعادة التدوير الطبيعي واستخدام العناصر الكيميائية chemical elements مثل النيتروجين. ينظر علماء الأحياء الدقيقة التطورية Evolutionary microbiologists إلى هذه الأحياء الدقيقة لمعرفة المزيد عن علاقاتها التصنيفية taxonomic relationships، بينما درس خبراء المجاهر microscopists، علماء الكيمياء الحيوية biochemists، وعلماء الوراثة geneticists كيف تعوض خلايا بروكلوروكوكس Prochlorococcus عن البيئة المتغيرة من أشعة الشمس والمواد الغذائية.