निसर्गाचे सूक्ष्म आधारस्तंभ

डॉ योगेश शौचे

सूक्ष्मजीव हे पृथ्वीवरील सर्वात व्यापक आणि अदृश्य जीव असून, माती, पाणी, हवा आणि मानवी शरीरात सर्वत्र आढळतात. ते जैवरासायनिक चक्र, सेंद्रिय पदार्थांचे विघटन, आणि पोषक तत्वांचे पुनर्वापर यामध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावतात. मातीतील सूक्ष्मजीव सुपीकता वाढवतात, जलचर सूक्ष्मजीव अन्नसाखळीचे मूलभूत घटक असतात आणि हवा देखील विविध सूक्ष्मजीवांनी युक्त असते. मानवी आरोग्य, रोगप्रतिकारशक्ती आणि पचनक्रिया यामध्येही सूक्ष्मजीवांचा अमूल्य सहभाग असतो. पर्यावरणीय घटक त्याच्या रचनेवर परिणाम करतात.

---

पृथ्वी वरच्या जीव सृष्टीत सर्वात मोठा वाटा सूक्ष्मजीवांचा आहे. हे पृथ्वीवरील अदृश्य जीव आहेत, जे खोल माती आणि समुद्रतळा पासून ते आपण श्वास घेत असलेल्या हवेपर्यंत जवळजवळ प्रत्येक वातावरणात राहतात. ते साध्या डोळ्यांना दिसत नसल्याने आपल्याला त्यांचे अस्तित्व लक्षात येत नाही. या मध्ये बॅक्टेरिया, आर्किया, बुरशी, शैवाल, प्रोटोझोआ आणि विषाणूंचा समावेश आहे. त्यांच्यातील विविधता प्रचंड आहे. अलिकडच्या अंदाजानुसार पृथ्वीवर १०^१२ (एक ट्रिलियन) सूक्ष्मजीव प्रजाती असू शकतात, ज्यापैकी ९९.९९९% अद्याप शोधल्या गेलेल्या नाहीत. हे सूक्ष्मजीव केवळ निष्क्रिय रहिवासी नाहीत. ते पर्यावरणीय प्रक्रियांचे सक्रिय चालक आहेत. नैसर्गिक परिसंस्थांमध्ये, सूक्ष्मजीव समुदाय महत्त्वाच्याजैवरासायनिक चक्रांमध्ये मध्यस्थी करतात, सेंद्रिय पदार्थांचे विघटन करतात आणि वनस्पती आणि प्राण्यांशी सहजीवन संबंध तयार करतात. सूक्ष्मजीवांचा प्रभाव मानवी आरोग्यावर पडतो, बदलत्या पर्यावरणीय परिस्थितींवरील होणाऱ्या हवामान बदलास ते प्रतिसाद देतात आणि त्यात योगदानाही देतात.

नैसर्गिक वातावरणात सूक्ष्मजीव विविधता आणि पर्यावरणीय भूमिका

पृथ्वीवरील जीवन सूक्ष्मजीव क्रियाकलापांद्वारे टिकून आहे. सूक्ष्मजीव माती, पाणी आणि हवेत सर्वत्र आढळतात, प्रत्येक पर्यावरणीय परिस्थितीत त्याच्या परिस्थितीशी जुळवून घेतलेले वेगवेगळे जीवाणू समूह असतात. त्यांचा आकार सूक्ष्म असला तरीही , त्यांचा एकत्रित बायोमास प्रचंड आहे आणि त्यांचे काम महतत्वचे आहे. ते मुख्य घटकांचा प्राथमिक पुनर्वापर करतात. जवळजवळ कोणत्याही नैसर्गिक सेंद्रिय संयुगाबरोबरच अनेक कृत्रिम संयुगांची विघटन सूक्ष्म जीव करू शकतात. त्यांच्या चयापचय प्रक्रियांद्वारे, सूक्ष्मजीव सतत कार्बन, नायट्रोजन, ऑक्सिजन, सल्फर, फॉस्फरस आणि इतर घटकांचे पुनर्वापर करतात, ज्यामुळे परिसंस्थांची सुपीकता आणि स्थिरता राखली जाते.

मातीतील सूक्ष्मजीव समुदाय आणि कार्ये

माती ही पृथ्वीवरील सर्वात सूक्ष्मजीवांनी समृद्ध असलेल्या जागा पैकी एक आहे. असे म्हटले जाते की फक्त एक चमचा उत्पादक मातीमध्ये पेशींच्या संख्येनुसार सुमारे १०० दशलक्ष ते १ अब्ज जीवाणू असतात. एक एकर मातीमध्ये सुमारे एक टन सक्रिय सूक्ष्मजीव असू शकतात. हे मातीतील सूक्ष्मजीव (जीवाणू, बुरशी, आर्किया, प्रोटोझोआ आणि बरेच काही) जटिल अन्न जाळे तयार करतात आणि मातीच्या आवश्यक प्रक्रिया चालवतात. मातीतल्या सूक्ष्म जीवांमधे निव्वळ संख्या आणि काम या दोनही मध्ये जीवाणू आघाडी घेतात. त्यांच्या चयापचय बहुमुखीपणामुळे विस्तृत जैवरासायनिक परिवर्तने करतात.

मातीतील सूक्ष्मजंतूंची प्राथमिक भूमिका म्हणजे पोषक पुनर्वापर. ते मृत वनस्पती आणि प्राण्यांमधील सेंद्रिय पदार्थांचे सोप्या संयुगांमध्ये विघटन करतात, ज्यामुळे इतर जीव वापरू शकतील असे पोषक घटक तयार होतात आणि त्यांचा पुनरवापर होतो. उदाहरणार्थ, मातीतील जीवाणू आणि बुरशी जटिल सेंद्रिय पॉलिमर (सेल्युलोज, लिग्निन, प्रथिने) यांचे कार्बन डायऑक्साइड, पाणी आणि खनिज पोषक घटकांमध्ये विघटन करतात. नैसर्गिकरित्या उद्भवणारे असे कोणतेही सेंद्रिय संयुग नाही जे अखेर काही सूक्ष्मजंतूंद्वारे विघटित होऊ शकत नाही. मातीतील सूक्ष्मजंतू नायट्रोजन चक्राचा सुद्धा अविभाज्य भाग आहेत. काही जैविक रित्या वातावरणातील निष्क्रिय N₂ वायूचे वनस्पती वापरू शकटईल आशा अमोनिया (NH₃) मध्ये रूपांतर करतात. कड धान्याच्या मूळच्या गाठी त असणाऱ्या रायजो बिया बरोबरच मातीत मुक्तपणे राहणाऱ्या अजोतोबाकटेर चा यात सहभाग असतो. हे मातीत नायट्रोजन पुन्हा परत आणतात मातीतील इतर जीवाणू नायट्रिफिकेशन आणि डिनायट्रिफिकेशन करतात, ज्या पायऱ्या अमोनियाचे नायट्रेटमध्ये आणि नायट्रेटचे N₂ किंवा नायट्रस ऑक्साईडमध्ये रूपांतर करतात, ज्यामुळे नायट्रोजन चक्र पूर्ण होते. याव्यतिरिक्त, सूक्ष्मजंतू सल्फर आणि फॉस्फरस संयुगांचे चक्र करतात, ज्यामुळे वनस्पतींना हे पोषक घटक उपलब्ध होतात.

मायकोरायझल बुरशी

पोषक चक्राच्या पलीकडे, मातीतील सूक्ष्मजंतू मातीची रचना आणि सुपीकता वाढविण्यात योगदान देतात. तंतुमय बुरशी आणि जीवाणू मातीचे कण एकत्रित करण्यास मदत करतात. बुरशीचे हायफे/धागे चिकणमाती आणि गाळाचे कण एकत्र बांधू शकतात. त्यामुळे मातीची पोत आणि स्थिरता सुधारते. हे सगळे मिळून मातीचे वायुवीजन, पाणी धारणा आणि धूप प्रतिकार वाढवतात, त्यामुळे मातीची सुपीकता वाढते. फायदेशीर सूक्ष्मजंतू वनस्पतींशी सहजीवन संबंध देखील तयार करतात: उदाहरणार्थ, मायकोरायझल बुरशी वनस्पतींच्या मुळांशी संपर्कात येऊन मुळांचे जाळे वाढवतात, वनस्पतींकडून मिळणाऱ्या शरकरेच्या बदल्यात पाणी आणि पोषक तत्वांचे शोषण (विशेषतः फॉस्फरस) करण्यास मदत करतात. शेंगांच्या मुळांच्या गाठींमध्ये नायट्रोजन-निश्चित करणारे जीवाणू वनस्पतीला आवश्यक नायट्रोजन प्रदान करतात. अशा वनस्पती-सूक्ष्मजीव भागीदारी नैसर्गिक परिसंस्था आणि शेतीमध्ये महत्त्वपूर्ण आहेत, वनस्पतींची वाढ आणि आरोग्य वाढवतात.

पाण्याच्या परिसंस्थेतील जलचर सूक्ष्मजीव

सायनोबॅक्टेरिया

महासागर आणि समुद्रांपासून ते तलाव, नद्या आणि अगदी बर्फापर्यंत सगळे जलसाठे सूक्ष्मजीवांनी भरलेले आहेत. जरी स्थलीय सूक्ष्मजीवांपेक्षा कमी ज्ञात असले तरी, जलचर सूक्ष्मजीव (सूक्ष्म शैवाल, सायनोबॅक्टेरिया, हेटरोट्रॉफिक बॅक्टेरिया, आर्किया आणि प्रोटिस्ट सारख्या एकपेशीय सूक्ष्म जीवांसह ) जागतिक पर्यावरणासाठी महत्त्वाचे आहेत. महासागरांमध्ये, सूक्ष्मजीव अन्न जाळ्याचा आधार बनवतात आणि जैव-भू-रासायनिक चक्रांचे प्रमुख घटक आहेत. पृथ्वीवरील सर्व प्रकाशसंश्लेषणाच्या सुमारे 50% महासागराच्या पृष्ठभागाच्या थरातील प्रकाशसंश्लेषक सूक्ष्मजीव (सागरी फायटोप्लँक्टन) करतात, ज्यामुळे जगातील सुमारे अर्धा प्राणवायू तयार होतो. खरं तर, सागरी फायटोप्लँक्टन (शैवाल आणि सायनोबॅक्टेरियासह) एकत्रितपणे सर्व स्थलीय वनस्पतींइतका प्राणवायू निर्माण करतात; प्रोक्लोरोकोकस, लहान सायनोबॅक्टेरियाचा एकच वंश बायोस्फीअरमध्ये अंदाजे 20% प्राणवायू चे योगदान देतो. एका प्रकारे, आपण घेतलेला प्रत्येक श्वास समुद्री सूक्ष्मजीवांमुळे होतो. हे फायटोप्लँक्टन जलीय अन्नसाखळींचा पाया देखील बनवतात. सांगरातले छोटे प्राणी (झूप्लँक्टन) ह्या सूक्ष्मजीवांवर पोसतात. त्यांना मासे आणि इतर उच्च जीव खातात. जेव्हा हे जीव आणि फायटोप्लँक्टन मरतात जातात, तेव्हा त्यातल्या कार्बनचा काही भाग सेंद्रिय गाळ म्हणून समुद्राच्या खोलीत बुडतो, ज्यामुळे कार्बन वातावरणापासून बाहेर काढला जातो. हा एक कार्बन पंप म्हणून ओळखला जातो, ज्यामुळे महासागर एक प्रमुख कार्बन सिंक बनतो.

जलीय वातावरणातील सूक्ष्मजीव पाण्यात देखील पोषक चक्र चालवतात. महासागरांमध्ये, सेंद्रिय पदार्थांचे (मृत जीव आणि कचऱ्यापासून) सूक्ष्मजीव विघटन पोषक तत्वे (नायट्रोजन, फॉस्फरस, लोह इ.) परत पाण्यात सोडते. समुद्र तळाशी असलेले बॅक्टेरिया आणि आर्किया अमोनियाचे नायट्रेटमध्ये रूपांतर करतात आणि डीनायट्रिफिकेशन करतात, ज्यामुळे मातीसारख्या सागरी आणि गोड्या पाण्याच्या प्रणालींमध्ये नायट्रोजन चक्र टिकून राहते. महासागराच्या ऑक्सिजन-कमी असलेल्या भाग मध्ये, विशेष सूक्ष्मजीव श्वसनासाठी ऑक्सिजनऐवजी नायट्रेट किंवा सल्फेट वापरुन नायट्रोजन वायू किंवा हायड्रोजन सल्फाइड तयार करतात. तलाव आणि नद्यांसारख्या गोड्या पाण्याच्या परिसंस्थांमध्ये, सूक्ष्मजीव सेंद्रिय प्रदूषणाला नियंत्रित करतात आणि पोषक तत्वांचे चक्र करून पाण्याची गुणवत्ता राखतात. जलीय सूक्ष्मजीवांमध्ये काही अद्वितीय पर्यावरणीय स्थळे देखील असतात. समुद्रतळावरील हायड्रोथर्मल व्हेंट्समध्ये, केमोसिंथेटिक बॅक्टेरिया आणि आर्किया अजैविक रसायनांपासून (उदा हायड्रोजन सल्फाइड) ऊर्जा मिळवतात आणि व्हेंट मधल्या प्राण्यांच्या संपूर्ण समुदायांना आधार देतात. ध्रुवीय बर्फ आणि हिमनद्यांमध्ये, थंड-सहनशील सूक्ष्मजंतू टिकून राहतात.

हवेतील सूक्ष्मजंतू

हवेत संजीव सृष्टी असणे अवघड वाटू शकते परंतु हवेत विविध प्रकारचे सूक्ष्मजंतू बीजाणू किंवा धूळ आणि पाण्याच्या थेंबांशी जोडलेल्या पेशी म्हणून लटकलेले आढळतात. या हवाई बायोस्फीअरमध्ये, ज्याला एरोबायोम म्हणतात, त्यात बॅक्टेरिया, बुरशीजन्य बीजाणू, परागकण, शैवाल आणि विषाणू असतात जे तासनतास, दिवस किंवा त्याहूनही जास्त काळ उंच राहू शकतात आणि खंडांमध्ये प्रवास करतात. २०१५ साली मध्य पुर्वे मधून भारतात येऊन मुंबई मार्गे दिल्ली पर्यन्त गेलेल्या धुळीच्या वादळाचा अभ्यास पुण्यातील सेंटर फॉर सिटीजन सायन्स, राष्ट्रीय कोशिका विज्ञान केंद्र आणि मुंबईच्या खालसा कॉलेज ने मिळून केला आणि त्यांना त्या धुळीत हजारो की मी प्रवास करून समुदरुयावरून आलेलेले जीवाणू सापडले. हवा सूक्ष्मजंतूंसाठी एक आव्हानात्मक वातावरण आहे, कारण ती कमी पोषक तत्वे, मर्यादित पाणी, तीव्र अतिनील किरणे आणि तापमानातील चढउतार तिथे दिसतात. कमी पोषक तत्वे आणि भौतिक ताणांमुळे हवा सूक्ष्मजंतूंसाठी सर्वात प्रतिकूल वातावरणांपैकी एक मानली जाते. हवेतील सूक्ष्मजंतूंचे प्रमाण इतर वातावरणांपेक्षा खूपच कमी असते. तापमान, आर्द्रता, अतिनील किरणे आणि हवेतील रसायनशास्त्र हे सर्व हवेतील सूक्ष्मजंतूंच्या अस्तित्वावर परिणाम करतात. हवेतील बहुतेक जीवाणू आणि विषाणूंसाठी उच्च तापमान आणि कोरडेपणा सामान्यतः प्रतिकूल असतो. सूक्ष्मजंतू बहुतेकदा धुळीच्या कणांना किंवा पाण्याच्या थेंबांमध्ये चिकटून राहतात, जे अतिनील आणि कोरडेपणापासून काही संरक्षण प्रदान करतात. जयंत नारळीकरांच्या नेतृत्वा खाली २००५ साली आयुका आणि राष्ट्रीय कोशीका विज्ञान केंद्रांनी केलेल्या संशोधनात हवेत ४५ किमी पऱ्यामट जीवंत जीवाणू सापडले.

मानवी सूक्ष्मजीव आणि पर्यावरणीय परस्परसंबंध

सर्व प्राण्यांप्रमाणे, माणसाच्या शरीराच्या सर्व भांगांवर मोठ्या प्रमाणात सुक्ष्मजीव राहतात. यात आतडे, त्वचा, तोंड, श्वसनमार्ग आणि इतर ठिकाणे समाविष्ट आहेत. या सूक्ष्मजीवांची संख्या (जीवाणू, आर्किया, बुरशी आणि विषाणू) अब्जावधींमध्ये असते आणि एकत्रितपणे त्यांचे वजन आपल्या अनेक अवयवांइतके असते. त्यांचे एकत्रित अनुवांशिक साहित्य (मायक्रोबायोम "मेटाजेनोम") आपल्या स्वतःच्या जीनोममधील जनुकांच्या संख्येपेक्षा कितीतरी पटीने जास्त असते. एका व्यक्तीच्या शशरीरात अंदाजे 500-1,000 प्रजातींच्या सूक्ष्मजीव असतात. ही संख्या कमी जास्त होऊ शकते आणि स्ट्रेन आणि जनुकांची विविधता आणखी मोठी असते. मानवी सूक्ष्मजीव आपल्यासोबत सह-उत्क्रांत झाला आहे आणि आता तो आपल्या सामान्य शरीरक्रियाविज्ञानाचा अविभाज्य भाग असल्याचे समजले जाते: ते पचन आणि चयापचयात योगदान देतात, जीवन सतत्वांचे उत्पादन करतात. रोग जंतु पासून संरक्षण करतात आणि रोगप्रतिकारक शक्तीला प्रशिक्षित आणि नियंत्रित करण्यास मदत करतात . सूक्ष्मजीवातील व्यत्यय (डिस्बायोसिस) हे दाहक आतड्यांसंबंधी रोगांपासून ते ऍलर्जी, लठ्ठपणा आणि अगदी न्यूरोलॉजिकल स्थितींपर्यंत अनेक आरोग्य समस्यांशी जोडले गेले आहेत.

मानवी सूक्ष्मजीवाला आकार देणारे पर्यावरणीय घटक

प्रत्येक व्यक्तीचा एक विशिष्ट सूक्ष्मजीव समूह असतो, जो अंशतः त्यांच्या अनुवांशिकता आणि जीवन इतिहासाद्वारे आकारला जातो, परंतु पर्यावरणीय घटक हे सूक्ष्मजीव रचना निश्चित करण्यात एक प्रमुख शक्ती असतात. सर्वात प्रभावशाली पर्यावरणीय घटकांपैकी एक म्हणजे आहार. आपण जे अन्न खातो ते आपल्या आतड्यातील सूक्ष्मजंतूंना तसेच स्वतःलाही पोसते; उदाहरणार्थ, आहारातील फायबर आतड्यातील बॅक्टेरियाद्वारे आंबवले जाते, ज्यामुळे फायदेशीर प्रजातींना चालना मिळते. वेगवेगळ्या सूक्ष्मजीव समुदायांच्या वाढीला वेगवेगळे आहार (उच्च फायबर विरुद्ध उच्च चरबी, शाकाहारी विरुद्ध सर्वभक्षी) मदत करतात. आहारावर परिणाम करणारे भूगोल आणि सांस्कृतिक पद्धती देखील भूमिका बजावतात. ग्रामीण वातावरणातील (उदा. शिकारी किंवा कृषी समुदाय) लोकांच्या आतड्यातील सूक्ष्मजंतूंमध्ये शहरी पाश्चात्य लोकसंख्येच्या तुलनेत अनेकदा जास्त विविधता आणि वेगळ्या प्रजाती असतात. विविध सूक्ष्मजंतूंच्या संपर्काच्या अभावामुळे (उदाहरणार्थ, आयुष्याच्या सुरुवातीच्या काळात अतिशय स्वच्छ, शहरी राहणीमानामुळे) योग्य रोगप्रतिकारक शक्तीचे शिक्षण बिघडुन व्यक्तींना ऍलर्जी आणि स्वयंप्रतिकार रोग होऊ शकतात.

घरे, कार्यालये आणि इतरत्र आढळणारे सूक्ष्मजीवांचे संग्रह देखील आपल्या स्वतःच्या मायक्रोबायोटावर परिणाम करते. आपण सतत आपल्या जवळच्या सभोवतालच्या वातावरणाशी सूक्ष्मजीवांची देवाणघेवाण करतो: आपण श्वास घेतो ती हवा, आपण पितो ते पाणी, आपण स्पर्श करतो ते पृष्ठभाग आणि आपण ज्या लोकांशी आणि पाळीव प्राण्यांशी संवाद साधतो ते सर्व सूक्ष्मजीवांचे स्रोत म्हणून काम करतात. भारता सारख्या मोठ्या देशात आहार आणि जीवनशैली, परिसर यांच्या प्रचंड विविधतेमुळे मानवी सूक्ष्मजीव समूहातही प्रांतिक बदल असणे उघड आहे. या विविधतेचा मागोवा या देशव्यापी प्रकल्पा द्वारे भारत सरकारच्या जीव तंत्रज्ञान विभागाने घेतला आहे.

पर्यावरणीय सूक्ष्मजीवांच्या परस्परसंवादाचे आरोग्यावर परिणाम

पर्यावरणीय घटकांमुळे मानवी सूक्ष्मजीवांमधील बदलांचे आरोग्यावर महत्त्वाचे परिणाम होतात. एक संतुलित आणि वैविध्यपूर्ण सूक्ष्मजीवसमूह सामान्यतः आरोग्याशी संबंधित असतो, तर बिघडलेला समूह रोगांना कारणीभूत ठरू शकतो. उदाहरणार्थ, पाश्चात्य शहरी जीवनशैली, कमी तंतुमय आहार, प्रतिजैविकांचा अनिरबंधीत वापर आणि निसर्गाशी मर्यादित संपर्क यामुळे आतड्यांतील सूक्ष्मजीवांची विविधता कमी होते. यांचा परीणाम दाहक आतड्यांसंबंधी रोग, लठ्ठपणा आणि चयापचय सिंड्रोम सारखे रोग वाढण्यात होतो. पर्यावरणीय सूक्ष्मजंतूंच्या संपर्कामुळे रोगप्रतिकारक शक्ती देखील प्रशिक्षित होऊ शकते. नैसर्गिक वातावरणाशी (बागकाम, निसर्ग फिरणे, घरातील वनस्पती किंवा पाळीव प्राणी असणे) वाढत्या संपर्कामुळे त्वचा आणि आतड्यांतील मायक्रोबायोम आणि त्यानुसार, रोगप्रतिकारक शक्तीवर फायदेशीर प्रभाव पडू शकतो. याउलट, काही पर्यावरणीय बदल सूक्ष्मजीवांद्वारे आरोग्यास धोका निर्माण करतात. प्रदूषण हा एक प्रमुख घटक. वायू , पाणी किंवा अन्न यातल्या प्रदूषणामुळे आतड्यांतील सूक्ष्मजीव संतुलन बिघडू शकते. आपण आपल्या सभोवतालच्या सूक्ष्मजीव जगाशी सतत संवाद साधत असतो आणि आपले आरोग्य राखणे म्हणजे अंशतः फायदेशीर सूक्ष्मजीवांनी समृद्ध निरोगी वातावरण राखणे.

सूक्ष्मजीव आणि हवामान बदल

सूक्ष्मजीवांचा हवामान बदलाशी दुहेरी संबंध आहे. हरितगृह वायू आणि जैव-रासायनिक प्रक्रियांचे नियंत्रण करतात. ते जागतिक कार्बन आणि नायट्रोजन चक्रांमध्ये प्रमुख घटक आहेत. ते हरितगृह वायू निर्मितीचा वेग वाढवतात आणि ते बदलत्या हवामानामुळे देखील प्रभावित होतात. हवामान बदलाचा मार्ग सूक्ष्मजीव प्रतिसादांवर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असेल असे मानले जाते. कार्बन सायकलद्वारे, सूक्ष्मजीव वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइड (CO₂) पातळीवर मोठ्या प्रमाणात प्रभाव पाडतात. जमिनीवर, मातीतील सूक्ष्मजीव सेंद्रिय पदार्थांचे विघटन करतात, , श्वसनाद्वारे सोडतात आणि प्रकाशसंश्लेषण करून CO₂ काढूनही घेतात. मिथेन हा एक शक्तिशाली हरितगृह वायू आहे (मिथेनचे नैसर्गिक आणि मानवनिर्मित दोन्ही स्रोत सूक्ष्मजीव प्रक्रियांनी व्यापलेले आहेत. मिथेनचे सर्वात मोठे नैसर्गिक स्रोत असलेल्या पाणथळ जागांमध्ये, मिथेनोजेन म्हणून ओळखले जाणारे एनरोबीक आर्किया पाणी साचलेल्या, ऑक्सिजन-मुक्त मातीत सेंद्रिय पदार्थ विघटित करताना मिथेन तयार करतात. त्याचप्रमाणे, रवंथ करणाऱ्या प्राण्यांच्या (गायी आणि मेंढ्यांसारख्या) पचनसंस्थांमध्ये, मिथेनोजेनिक आर्किया अन्न पचन करतात आणि उप-उत्पादन म्हणून मिथेन तयार करतात. तो प्राणी ढेकर देताना बाहेर पडतो. हे जैविक स्रोत जागतिक मिथेन उत्सर्जनात महत्त्वपूर्ण वाटा देतात; अलीकडील विश्लेषणांवरून असे दिसून येते की वातावरणातील मिथेनमध्ये सतत वाढ पाणथळ जागा, शेती आणि पशुधनातील सूक्ष्मजीवांमुळे आहे. मिथेन सिंकमध्ये सूक्ष्मजंतू देखील महत्त्वाचे असतात. मातीत, विशेषतः चांगला निचरा होणाऱ्या उंचावरील मातीत, मिथेनोट्रॉफ नावाचे जीवाणू मिथेन वापरतात, त्याचे CO₂ मध्ये ऑक्सिडीकरण करतात आणि अशा प्रकारे वातावरणातून मिथेन काढून टाकतात. याव्यतिरिक्त, पाणथळ प्रदेशांच्या सीमेवर किंवा एनरोबीक झोनच्या वर ऑक्सिजनयुक्त थरांमध्ये, मिथेनोट्रॉफ बहुतेकदा मिथेन बाहेर पडण्यापूर्वी त्याचा काही भाग कमी करतात. नायट्रस ऑक्साईड (N₂O): नायट्रस ऑक्साईड हा तिसरा प्रमुख दीर्घकाळ टिकणारा हरितगृह वायू आहे आणि रेणूनुसार, मिथेनपेक्षाही अधिक शक्तिशाली आहे त्याची १०० वर्षांमध्ये जागतिक तापमानवाढ क्षमता CO₂ च्या सुमारे २७३ पट आहे. सध्या वातावरणात N₂O हा ओझोन कमी करणारा अग्रगण्य पदार्थ आहे. बहुतेक नायट्रस ऑक्साईड उत्सर्जन सूक्ष्मजीवांद्वारे नायट्रोजन चक्राद्वारे तयार केले जाते, विशेषतः माती आणि गाळात. जेव्हा शेतकरी शेती मातीत नायट्रोजन खते (किंवा खत असताना) वापरतात तेव्हा ते नायट्रोजनचा अतिरिक्त भाग राहतो त्यावर मातीतील जीवाणू प्रक्रिया करतात. पहिल्या टप्प्यात, नायट्रिफायिंग बॅक्टेरिया अमोनियम (NH₄⁺) नायट्रेटमध्ये रूपांतरित करतात (NO₃⁻), उप-उत्पादन म्हणून N₂O तयार करतात. त्यानंतर, कमी प्राणवायू लागणाऱ्या सूक्ष्मजीवांमध्ये, नायट्रेट कमी करणारे बॅक्टेरिया नायट्रेटला N₂ वायूमध्ये रूपांतर करतात, परंतु जर ही प्रतिक्रिया अपूर्ण राहिली तर N₂O निर्माण होतो. शास्त्रज्ञ सूक्ष्मजीव N₂O उत्पादन नियंत्रित करण्याचे मार्ग शोधत आहेत. एक मार्ग म्हणजे खतांचे चांगले व्यवस्थापन करणे. दुसरा मार्ग म्हणजे N₂O वापरणाऱ्या सूक्ष्मजीवांचा वापर करणे. N₂O-श्वसन करणारे जीवाणू N₂O चा वापर ऑक्सिजनला पर्याय म्हणून करतात आणि त्याचे रूपांतर निरुपद्रवी नायट्रोजन वायूमध्ये करतात. एकाच वेळी मिथेन आणि नायट्रस ऑक्साईडचे सेवन करू शकणारे जीवाणू अलीकडे सापडली आहेत. म्हणजे एका दगडात दोन पक्षी.

हवामान बदलाचे सूक्ष्मजीव परिसंस्थांवर परिणाम

जसे सूक्ष्मजीव हवामानावर प्रभाव पाडतात, तसेच बदलणारे हवामान सूक्ष्मजीवांवर देखील परिणाम करते. वाढते तापमान, पर्जन्यमानाचे बदलणारे प्रकार आणि जागतिक बदलाचे इतर पैलू जगभरातील सूक्ष्मजीवांच्या निवासस्थानातच बदल आणतात. माती आणि समुद्रापासून ते आपल्या स्वतःच्या शरीरापर्यंत. हवामानाचा सूक्ष्मजीवांवर (आणि परिणामी हवामानाला मिळणारा प्रतिसाद) परिणाम होण्याचे सर्वात चिंताजनक उदाहरण म्हणजे पर्माफ्रॉस्ट वितळणे.

पर्माफ्रॉस्ट म्हणजे ध्रुवीय प्रदेश आणि अल्पाइन भागात आढळणारी कायमची गोठलेली जमीन. या गोठलेल्या मातीत हजारो वर्षांपासून मोठ्या प्रमाणात सेंद्रिय कार्बन (प्राचीन वनस्पती आणि प्राण्यांच्या पदार्थांपासून) जमा झाला आहे. उत्तर गोलार्धातील पर्माफ्रॉस्टमध्ये ग्रहावरील सर्व मातीतील सेंद्रिय कार्बनपैकी जवळजवळ अर्धा भाग असंवा असा अंदाज आहे . जोपर्यंत जमीन गोठलेली असते तोपर्यंत हे सेंद्रिय पदार्थ निष्क्रिय असते, सक्रिय कार्बन चक्रातून प्रभावीपणे वेगळे केले जाते. तथापि, हवामान तापमानवाढीमुळे पर्माफ्रॉस्ट अभूतपूर्व दराने वितळत आहे. जेव्हा पर्माफ्रॉस्ट वितळते तेव्हा एकदा गोठलेले सेंद्रिय पदार्थ सूक्ष्मजीवांसाठी उपलब्ध होते आणि विघटन वेगाने सुरू होते. निष्क्रिय सूक्ष्मजीव सक्रिय होतात. प्राणवायू च्या उपस्थितीत (उदा. वितळणाऱ्या तलावांच्या किंवा मातीच्या पृष्ठभागाजवळ), हे विघटन कार्बन डायऑक्साइड तयार करते; पाणी साचलेल्या, अनॅरोबिक परिस्थितीत, ते मिथेन तयार करते. अशाप्रकारे पर्माफ्रॉस्ट वितळले तर सूक्ष्मजंतू पूर्वी गोठलेल्या सेंद्रिय पदार्थांचे विघटन करतील, ज्यामुळे वातावरणात मोठ्या प्रमाणात CO₂ आणि CH₄ सोडले जातील. पर्माफ्रॉस्ट वितळणे हे हवामान बदल सूक्ष्मजीव क्रियाकलापांना अशा प्रकारे "अनलॉक" करू शकते की ज्यामुळे हवामान बदल आणखी वेगवान होइल.

हवामान बदल सूक्ष्मजीवांच्या वितरणावर आणि उत्क्रांतीवर देखील परिणाम करतो. तापमान वाढत असताना, अनेक सूक्ष्मजीव ध्रुवांकडे किंवा उच्च उंचीवर त्यांचा प्रसार वाढवू शकतात. उदाहरणार्थ, रोग निर्माण करणारे बुरशी आणि जीवाणू जे उष्ण हवामान पसंत करतात ते आता पूर्वीच्या थंड प्रदेश म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या प्रदेशात आढळतात, त्या मुळे वन्यजीव आणि मानवी आरोग्यावर परिणाम होतो. सूक्ष्मजीव प्रतिक्रिया केवळ जैव-भू-रासायनिक चक्रांवरच नव्हे तर शेती आणि रोगांच्या पद्धतींवर देखील परिणाम करु शकतात. हवामान बदलांसह सूक्ष्मजीवांमुळे होणारे कृषी कीटक आणि रोग बदलू शकतात. वनस्पती-माती सूक्ष्मजीव संबंध बदलतील. त्याचा अन्न सुरक्षेवर परिणाम होईल. मानवी आरोग्याला सूक्ष्मजीवांकडून नवीन आव्हानांना सामोरे जावे लागू शकते,. काही भागात उष्ण, ओल्या परिस्थितीमुळे रोगजनकांना वाढ होते आणि जलजन्य आणि वेक्टर-जनित रोगांचे धोके वाढतात.

दुसरी कडे सूक्ष्मजीव हवामान बदलांवर उपायांचा भाग असू शकतात. आधीच नमूद केलेल्या शमन धोरणांव्यतिरिक्त संशोधक मातीत कार्बन संचय वाढविण्यासाठी जैवखत आणि माती सुधारणा यासारख्या सूक्ष्मजीव उपायांचा शोध घेत आहेत. उदाहरणार्थ, काही जमीन व्यवस्थापन पद्धती मातीतील कार्बन स्थिर करणाऱ्या बुरशींना प्रोत्साहन देतात. काहींनी CO₂ कमी करण्यासाठी महासागरांमध्ये फायटोप्लँक्टनच्या वाढीला उत्तेजन देण्याची कल्पना मांडली आहे. याशिवाय जैवतंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे हरितगृह वायूंचा वापर अधिक कार्यक्षमतेने करण्यासाठी किंवा जैवइंधन तयार करण्यासाठी सूक्ष्मजीव अभियांत्रिकी करण्याची कल्पनाही जोर धरत आहे. शेवटी, हवामान बदल आणि सूक्ष्मजंतू हे एका गतिमान चक्राचा अविभाज्य भाग आहेत. म्हणूनच हवामान मॉडेल आणि धोरणांमध्ये सूक्ष्मजंतूचा समावेश आवश्यक आहे. ते केवळ हवामानामुळे प्रभावित होणारे निष्क्रिय घटक नाहीत; ते सक्रिय घटक आहेत. हवामान बदलाची गती आणि मार्ग निश्चित करण्यात त्यांची प्रमुख भूमिका आहे . सूक्ष्मजंतू परिसंस्थां समजून घेणे आणि त्यांचे संरक्षण करणे आणि हे हवामान संकटाला तोंड देण्याचा एक महत्त्वाचा भाग आहे.

या अदृश्य पण संख्येने आणि कार्याने प्रचंड असलेल्या जीवसृष्टीला चांगल्या प्रकारे समजून घेऊन आणि त्यांचा आदर करून, आपण पर्यावरणाचे अधिक चांगले व्यवस्थापन करू शकतो आणि येणाऱ्या पर्यावरणीय आव्हानांना तोंड देण्यासाठी सूक्ष्मजंतूंमध्ये सहकारी शोधू शकतो .

(डॉ योगेश शौचे हे स्कॅन रिसर्च ट्रस्ट, बेंगळुरू येथील निदेशक असून, ते राष्ट्रीय कोशिकाविज्ञान केंद्र, पुणे येथील मानद संशोधक म्हणून कार्यरत आहेत.)