Bakterien sind eine Gruppe einfacher Mikroorganismen, die zum Reich der Prokaryoten gehören (sie haben keinen Kern). In der Biologie gibt es etwa 10,5 Tausend Bakterienarten. Die Hauptunterschiede zwischen ihnen sind ihre Form, Struktur und Lebensweise. Grundformen:

• stäbchenförmig (Bazillus, Clostridien, Pseudomonaden);
• kugelförmig (Kokken);
• Spirale (Spirilla, Vibrio).

Es ist allgemein anerkannt, dass Mikroorganismen die ersten Bewohner der Erde waren. Aufgrund ihrer Lebensaktivität sind Vertreter des Reiches der Prokaryoten überall verbreitet (im Boden, in der Luft, im Wasser, in lebenden Organismen) und resistent gegen hohe und niedrige Temperaturen. Die einzigen Orte, an denen es keine lebenden Prokaryoten gibt, sind Vulkankrater und Gebiete in der Nähe des Epizentrums einer Atombombenexplosion.

In der Ökologie dienen Bakterien des prokaryotischen Reiches dazu, Stickstoff zu binden und organische Rückstände im Boden zu mineralisieren. Erfahren Sie mehr über diese Funktionen:

• Die Stickstofffixierung ist ein lebenswichtiger Prozess für die gesamte Umwelt. Denn ohne Stickstoff (N 2) überleben Pflanzen nicht. In reiner Form wird es jedoch nicht absorbiert, sondern nur in Verbindungen mit Ammoniak (NHO 3) – Bakterien tragen zu dieser Bindung bei.
• Unter Mineralisierung (Verrottung) versteht man den Prozess der Zersetzung organischer Überreste zu CO2 (Kohlendioxid), H 2 O (Wasser) und Mineralsalzen. Damit dieser Prozess ablaufen kann, ist eine ausreichende Menge an Sauerstoff erforderlich, da die Zersetzung tatsächlich einer Verbrennung gleichgesetzt werden kann. Sobald sich organische Substanzen im Boden befinden, werden sie aufgrund der Funktionen von Bakterien und Pilzen oxidiert.

In der Natur gibt es einen weiteren biologischen Prozess – die Denitrifikation. Dabei handelt es sich um die Reduktion von Nitraten zu Stickstoffmolekülen bei gleichzeitiger Oxidation organischer Bestandteile zu CO 2 und H 2 O. Die Hauptfunktion des Denitrifikationsprozesses ist die Freisetzung von NO 3.

Um eine gute Ernte zu erzielen, versuchen Landwirte immer, den Boden vor einer neuen Aussaat zu düngen. Dies geschieht häufig mit einer Mischung aus Mist und Heu. Einige Zeit nach der Düngung verrottet dieser und lockert den Boden – so gelangen Nährstoffe in den Boden. Dies ist das Ergebnis der Arbeit von Bakterienzellen, denn der Zerfallsprozess ist auch ihre Funktion.

Ohne ein spezielles Gerät kann man mit bloßem Auge Mikroorganismen im Boden nicht einfach erkennen, aber es gibt Millionen von ihnen dort. Beispielsweise befinden sich auf einem Hektar Feld bis zu 450 kg Mikroorganismen in der obersten Bodenschicht.

Durch ihre Grundfunktionen sorgen Bakterien für die Bodenfruchtbarkeit und die Freisetzung von Kohlendioxid, das für die Photosynthese der Pflanzen unerlässlich ist.

Bakterien und Menschen

Das menschliche Leben ist wie das der Pflanzen ohne Bakterien nicht möglich, da unsichtbare Mikroorganismen den menschlichen Körper mit dem ersten Atemzug nach der Geburt besiedeln. Wissenschaftler haben nachgewiesen, dass es im Körper eines Erwachsenen bis zu 10.000 verschiedene Bakterienarten gibt, und das Gewicht beträgt 3 kg.

Der Hauptstandort der Prokaryoten ist der Darm; weniger davon kommen im Urogenitaltrakt und auf der Haut vor. 98 % „unserer“ Bakterien haben nützliche Funktionen und 2 % sind schädlich. Eine starke menschliche Immunität sorgt für ein Gleichgewicht zwischen ihnen. Doch sobald das Immunsystem schwächer wird, beginnen sich schädliche Bakterienzellen intensiv zu vermehren, wodurch sich die Krankheit manifestiert.

Nützliche Prokaryoten im Körper

Die menschliche Immunität hängt direkt von den im Darm besiedelten Bakterien ab. Die Rolle nützlicher Bakterien ist groß, denn sie zersetzen unverdaute Speisereste, unterstützen den Wasser-Salz-Stoffwechsel, helfen bei der Produktion von Immunglobulin A und bekämpfen pathogene Bakterien und Pilze.

Die Hauptfunktionen von Bakterien bestehen darin, für eine ausgeglichene Darmflora zu sorgen, wodurch die normale Funktion des menschlichen Immunsystems gewährleistet wird. Dank moderner Fortschritte in der Biologie sind nützliche Prokaryoten wie Bifidobakterien, Laktobazillen, Enterokokken, Escherichia coli und Bakteroiden bekannt geworden. Sie sollten das Darmmilieu zu 99 % bevölkern und die restlichen 1 % bestehen aus Bakterien der pathogenen Flora (Staphylokokken, Pseudomonas aeruginosa und andere).

• Bifidobakterien produzieren Acetat und Milchsäure. Dadurch versauern sie ihren Lebensraum und unterdrücken so die Vermehrung pathogener Prokaryoten, die Fäulnis- und Gärungsprozesse hervorrufen. Sie tragen zur Aufnahme der benötigten Menge an Vitamin D, Kalzium und Eisen bei und wirken antioxidativ. Auch für Neugeborene sind Bifidobakterien sehr wichtig – sie verringern das Risiko von Nahrungsmittelallergien.
• E. coli produziert Colicin, eine Substanz, die die Vermehrung schädlicher Mikroben hemmt. Aufgrund der Funktionen von E. coli erfolgt die Synthese von Vitamin K, Gruppe B, Folsäure und Nikotinsäure.
• Enterobacteriaceae sind notwendig, um die Darmflora nach einer Antibiotikakur wiederherzustellen.
• Die Funktionen von Laktobazillen zielen auf die Bildung einer antimikrobiellen Substanz ab. Dies reduziert das Wachstum opportunistischer und fauliger Prokaryoten.

Schädliche Bakterien

Schädliche Mikroben gelangen über Luft, Nahrung, Wasser und Kontakt in den Körper. Ist das Immunsystem geschwächt, verursachen sie verschiedene Krankheiten. Zu den häufigsten schädlichen Prokaryoten gehören:

• Streptokokken der Gruppen A und B bewohnen die Mundhöhle, die Haut, den Nasopharynx, die Genitalien und den Dickdarm. Sie reduzieren die Entwicklung nützlicher Bakterien und damit die Immunität. Sie werden zur Hauptursache für Infektionskrankheiten.
• Pneumokokken sind die Ursache von Bronchitis, Lungenentzündung, Sinusitis und Mittelohrentzündung sowie Meningitis.
• Gingivalis-Mikroben kommen hauptsächlich in der Mundhöhle vor und verursachen Parodontitis.
• Staphylococcus – breitet sich im gesamten menschlichen Körper aus, mit einer Abnahme der Immunität und dem Einfluss anderer Faktoren, es äußert sich in Erkrankungen der Haut, der Knochen, Gelenke, des Gehirns, des Dickdarms und der inneren Organe.

Mikroorganismen im Dickdarm

Die Mikroflora des Dickdarms verändert sich abhängig von der Nahrung, die eine Person zu sich nimmt, sodass Mikroben sich gegenseitig verdrängen können. Fäulniserregende Bakterien können mit Milchsäure-Mikroorganismen bekämpft werden.

Junk Food stört die Funktion „guter“ Mikroorganismen im Darm

Der Mensch lebt von Geburt an mit Bakterien zusammen – die Beziehung zwischen Mikro- und Makroorganismen ist sehr stark. Für eine gute Gesundheit ist es daher notwendig, ein striktes Gleichgewicht zwischen nützlichen und schädlichen Bakterien aufrechtzuerhalten. Dies kann leicht durch die Aufrechterhaltung der persönlichen Hygiene und der richtigen Ernährung erreicht werden.

Unglaubliche Fakten

Allein der Gedanke, dass Billionen von Bakterien auf unserer Haut und in unserem Körper leben, ist für manche erschreckend.

„Aber genauso wie ein Mensch ohne Kohlenstoff, Stickstoff und Schutz vor Krankheiten nicht leben kann, Er kann auch nicht ohne Bakterien leben„- sagt die Mikrobiologin und Autorin des Buches „Allies and Enemies: How the World Depends on Bacteria“ Anne Maczulak.

Die meisten Menschen lernen Bakterien nur im Zusammenhang mit bestimmten Krankheiten kennen, was sich natürlich auf die negative Einstellung der Menschen ihnen gegenüber auswirkt. „Jetzt ist es an der Zeit, darüber nachzudenken, wie sie uns helfen, denn es handelt sich um einen sehr komplexen, mehrstufigen Prozess“, fügte Makzulak hinzu.

Winzige Overlords

In Böden und Ozeanen spielen Bakterien eine wichtige Rolle bei der Zersetzung organischer Stoffe und dem Kreislauf chemischer Elemente wie Kohlenstoff und Stickstoff, die für das menschliche Leben lebenswichtig sind. Da Pflanzen und Tiere einen Teil der Stickstoffmoleküle nicht selbst herstellen können, wir müssen leben Bodenbakterien und Cyanobakterien (Blaualgen) spielen jedoch eine absolut unersetzliche Rolle bei der Umwandlung von Luftstickstoff in Stickstoffformen, die Pflanzen aufnehmen können, und erzeugen so Aminosäuren und Nukleinsäuren, die wiederum die Bausteine ​​der DNA sind. Wir essen pflanzliche Lebensmittel und profitieren so von den Vorteilen dieses gesamten Prozesses.

Bakterien spielen auch eine Rolle bei der Zirkulation einer weiteren, ebenso wichtigen Komponente für das menschliche Leben. Das ist Wasser. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler der Louisiana State University Beweise dafür gefunden, dass Bakterien ein Hauptbestandteil vieler, wenn nicht der meisten, winzigen Partikel sind, die Schnee und Regen in Wolken verursachen.

Bakterien und der menschliche Körper

Bakterien spielen eine ebenso wichtige Rolle am und im menschlichen Körper. Während der Funktion des Verdauungssystems helfen sie uns, Nahrung zu verdauen, da wir dazu nicht in der Lage sind. „Dank Bakterien erhalten wir viel mehr Nährstoffe aus der Nahrung, die wir essen“, bemerkt Makzulak.

Bakterien im Verdauungssystem versorgen uns mit lebenswichtigen Vitaminen wie Biotin und Vitamin K sind unsere Hauptnährstoffquellen. An Meerschweinchen durchgeführte Experimente zeigten, dass Tiere, die unter sterilen Bedingungen ohne Bakterien aufgezogen wurden, chronisch unterernährt waren und jung starben.

Laut Makzulak treten Bakterien, die sich auf der Hautoberfläche befinden (nach Angaben von Forschern der New York University etwa 200 Arten bei einem durchschnittlichen gesunden Menschen), aktiv miteinander in Kontakt und sorgen so für eine normale Funktion des Körpers. Es ist auch wichtig zu beachten, dass sowohl äußere als auch innere Bakterien, haben einen großen Einfluss auf die Bildung und Entwicklung des Immunsystems.

Laut dem Mikrobiologen Gerald Callahan von der Colorado State University bestimmt die Aktivität sowohl nützlicher als auch schädlicher Bakterien anschließend, wie das Immunsystem auf pathogene Veränderungen im Körper reagiert. Eine im New England Journal of Medicine veröffentlichte Studie bestätigte außerdem, dass Kinder, die in einer vor Bakterien geschützten Umgebung aufwachsen, ein höheres Risiko haben, Asthma und Allergien zu entwickeln.

Das bedeutet jedoch nicht, dass nützliche Bakterien nicht gefährlich sein können. Wie Makzulak sagt, normalerweise Nützliche und schädliche Bakterien schließen sich gegenseitig aus. Doch manchmal kommt die Situation ganz anders. „Das Staphylokokkenbakterium ist ein Paradebeispiel dafür, denn es ist überall auf unserer Haut zu Hause“, erklärt Makzulak. Ganze Kolonien von Staphylococcus aureus, die beispielsweise auf unserer Hand leben, können ohne gesundheitliche Schäden ruhig mit einer Person koexistieren, aber sobald Sie sich schneiden oder auf andere Weise Ihr Immunsystem schwächen, können die Bakterien sofort beginnen zu verschwinden wild, wodurch die Entwicklung einer Infektion verursacht wird.

Die Anzahl der Bakterien im menschlichen Körper übersteigt die Anzahl der menschlichen Zellen um das Zehnfache. „Es ist ein wenig gruselig, aber es wird uns helfen, uns die Rolle dieser Organismen vorzustellen.“

BAKTERIEN
eine große Gruppe einzelliger Mikroorganismen, die durch das Fehlen eines von einer Membran umgebenen Zellkerns gekennzeichnet sind. Gleichzeitig nimmt das genetische Material des Bakteriums (Desoxyribonukleinsäure oder DNA) einen ganz bestimmten Ort in der Zelle ein – eine Zone, die als Nukleoid bezeichnet wird. Organismen mit einer solchen Zellstruktur werden Prokaryoten („pränuklear“) genannt, im Gegensatz zu allen anderen Eukaryoten („echter Kern“), deren DNA sich im von einer Hülle umgebenen Kern befindet. Bakterien, die früher als mikroskopisch kleine Pflanzen galten, werden jetzt in das unabhängige Königreich Monera eingeteilt – eines von fünf im aktuellen Klassifizierungssystem, zusammen mit Pflanzen, Tieren, Pilzen und Protisten.

Fossile Beweise. Bakterien sind wahrscheinlich die älteste bekannte Gruppe von Organismen. Schichtgesteinsstrukturen – Stromatolithen – wurden teilweise auf den Beginn des Archäozoikums (Archaikum) datiert, d. h. entstand vor 3,5 Milliarden Jahren - das Ergebnis der lebenswichtigen Aktivität von Bakterien, meist der Photosynthese, der sogenannten. blau-grüne Alge. Ähnliche Strukturen (mit Karbonaten imprägnierte Bakterienfilme) bilden sich auch heute noch vor allem vor der Küste Australiens, der Bahamas, im kalifornischen und im Persischen Golf, sie sind jedoch relativ selten und erreichen keine große Größe, da pflanzenfressende Organismen wie Schnecken vorkommen , ernähren Sie sich von ihnen. Heutzutage wachsen Stromatolithen hauptsächlich dort, wo diese Tiere aufgrund des hohen Salzgehalts des Wassers oder aus anderen Gründen fehlen. Bevor jedoch im Laufe der Evolution pflanzenfressende Formen auftauchten, konnten sie enorme Größen erreichen und ein wesentliches Element ozeanischen Flachwassers darstellen, vergleichbar mit dem modernen Korallenriffe. In einigen alten Gesteinen wurden winzige verkohlte Kugeln gefunden, bei denen es sich vermutlich ebenfalls um Überreste von Bakterien handelt. Die ersten nuklearen, d.h. Eukaryontische Zellen entwickelten sich vor etwa 1,4 Milliarden Jahren aus Bakterien.
Ökologie. Bakterien gibt es reichlich im Boden, am Grund von Seen und Ozeanen – überall dort, wo sich organische Stoffe ansammeln. Sie leben in der Kälte, wenn das Thermometer knapp über Null liegt, und in heißen sauren Quellen mit Temperaturen über 90 °C. Einige Bakterien vertragen einen sehr hohen Salzgehalt; Insbesondere sind sie die einzigen Organismen, die im Toten Meer vorkommen. In der Atmosphäre kommen sie in Form von Wassertröpfchen vor, und ihre Häufigkeit korreliert dort normalerweise mit der Staubigkeit der Luft. So enthält das Regenwasser in Städten deutlich mehr Bakterien als auf dem Land. In der kalten Luft von Hochgebirgs- und Polarregionen gibt es nur wenige von ihnen, allerdings kommen sie sogar in der unteren Schicht der Stratosphäre in einer Höhe von 8 km vor. Der Verdauungstrakt von Tieren ist dicht mit Bakterien besiedelt (normalerweise harmlos). Experimente haben gezeigt, dass sie für die meisten Arten nicht lebensnotwendig sind, obwohl sie einige Vitamine synthetisieren können. Bei Wiederkäuern (Kühen, Antilopen, Schafen) und vielen Termiten sind sie jedoch an der Verdauung pflanzlicher Nahrung beteiligt. Darüber hinaus entwickelt sich das Immunsystem eines unter sterilen Bedingungen aufgezogenen Tieres aufgrund mangelnder bakterieller Stimulation nicht normal. Die normale Bakterienflora des Darms ist auch wichtig, um dort eindringende schädliche Mikroorganismen zu unterdrücken.

STRUKTUR UND LEBENSAKTIVITÄT VON BAKTERIEN

Bakterien sind viel kleiner als die Zellen mehrzelliger Pflanzen und Tiere. Ihre Dicke beträgt üblicherweise 0,5–2,0 Mikrometer und ihre Länge 1,0–8,0 Mikrometer. Einige Formen sind bei der Auflösung von Standard-Lichtmikroskopen (ca. 0,3 Mikrometer) kaum sichtbar, es sind aber auch Arten mit einer Länge von mehr als 10 Mikrometern und einer Breite bekannt, die ebenfalls über die angegebenen Grenzen hinausgehen, und eine Reihe sehr dünner Bakterien können dies tun eine Länge von mehr als 50 Mikrometern aufweisen. Auf der Fläche, die dem mit einem Bleistift markierten Punkt entspricht, passen eine Viertelmillion mittelgroße Vertreter dieses Königreichs.
Struktur. Aufgrund ihrer morphologischen Merkmale werden folgende Bakteriengruppen unterschieden: Kokken (mehr oder weniger kugelförmig), Bazillen (Stäbchen oder Zylinder mit abgerundeten Enden), Spirillen (starre Spiralen) und Spirochäten (dünne und flexible haarähnliche Formen). Einige Autoren neigen dazu, die letzten beiden Gruppen zu einer zusammenzufassen – Spirilla. Prokaryoten unterscheiden sich von Eukaryoten hauptsächlich durch das Fehlen eines gebildeten Zellkerns und das typische Vorhandensein nur eines Chromosoms – eines sehr langen kreisförmigen DNA-Moleküls, das an einer Stelle an der Zellmembran befestigt ist. Prokaryoten haben auch keine membranumschlossenen intrazellulären Organellen, die Mitochondrien und Chloroplasten genannt werden. In Eukaryoten erzeugen Mitochondrien während der Atmung Energie und in Chloroplasten findet Photosynthese statt (siehe auch ZELLE). Bei Prokaryoten übernimmt die gesamte Zelle (und vor allem die Zellmembran) die Funktion eines Mitochondriums, bei photosynthetischen Formen zusätzlich die Funktion eines Chloroplasten. Wie Eukaryoten gibt es in Bakterien kleine Nukleoproteinstrukturen – Ribosomen, die für die Proteinsynthese notwendig sind, aber nicht mit Membranen verbunden sind. Mit sehr wenigen Ausnahmen sind Bakterien nicht in der Lage, Sterine, wichtige Bestandteile eukaryontischer Zellmembranen, zu synthetisieren. Außerhalb der Zellmembran sind die meisten Bakterien mit einer Zellwand bedeckt, die ein wenig an die Zellulosewand pflanzlicher Zellen erinnert, aber aus anderen Polymeren besteht (dazu gehören nicht nur Kohlenhydrate, sondern auch Aminosäuren und bakterienspezifische Stoffe). Diese Membran verhindert, dass die Bakterienzelle platzt, wenn durch Osmose Wasser in sie eindringt. Auf der Zellwand befindet sich oft eine schützende Schleimkapsel. Viele Bakterien sind mit Flagellen ausgestattet, mit denen sie aktiv schwimmen. Bakterielle Flagellen sind einfacher und etwas anders aufgebaut als ähnliche Strukturen von Eukaryoten.

„TYPISCHE“ BAKTERIENZELLE und seine Grundstrukturen.

Sinnesfunktionen und Verhalten. Viele Bakterien verfügen über chemische Rezeptoren, die Veränderungen im Säuregehalt der Umgebung und der Konzentration verschiedener Substanzen wie Zucker, Aminosäuren, Sauerstoff und Kohlendioxid erkennen. Jede Substanz verfügt über einen eigenen Typ solcher „Geschmacks“-Rezeptoren, und der Verlust eines dieser Rezeptoren infolge einer Mutation führt zu einer teilweisen „Geschmacksblindheit“. Viele bewegliche Bakterien reagieren auch auf Temperaturschwankungen und photosynthetische Arten reagieren auf Änderungen der Lichtintensität. Einige Bakterien erkennen die Richtung magnetischer Feldlinien, einschließlich des Erdmagnetfelds, mithilfe von Magnetitpartikeln (magnetisches Eisenerz – Fe3O4), die in ihren Zellen vorhanden sind. Im Wasser nutzen Bakterien diese Fähigkeit, um auf der Suche nach einer günstigen Umgebung entlang von Kraftlinien zu schwimmen. Bedingte Reflexe bei Bakterien sind unbekannt, sie verfügen jedoch über eine gewisse Art von primitivem Gedächtnis. Beim Schwimmen vergleichen sie die wahrgenommene Intensität des Reizes mit seinem vorherigen Wert, d. h. Stellen Sie fest, ob es größer oder kleiner geworden ist, und behalten Sie auf dieser Grundlage die Bewegungsrichtung bei oder ändern Sie sie.
Fortpflanzung und Genetik. Bakterien vermehren sich ungeschlechtlich: Die DNA in ihrer Zelle wird repliziert (verdoppelt), die Zelle teilt sich in zwei Teile und jede Tochterzelle erhält eine Kopie der Eltern-DNA. Bakterien-DNA kann auch zwischen sich nicht teilenden Zellen übertragen werden. Gleichzeitig findet ihre Fusion (wie bei Eukaryoten) nicht statt, die Anzahl der Individuen nimmt nicht zu und im Gegensatz dazu wird normalerweise nur ein kleiner Teil des Genoms (der vollständige Satz von Genen) auf eine andere Zelle übertragen „echter“ sexueller Prozess, bei dem der Nachkomme von jedem Elternteil einen vollständigen Satz Gene erhält. Dieser DNA-Transfer kann auf drei Arten erfolgen. Bei der Transformation nimmt das Bakterium „nackte“ DNA aus der Umgebung auf, die bei der Zerstörung anderer Bakterien dorthin gelangt ist oder vom Experimentator absichtlich „verrutscht“ wurde. Der Prozess wird Transformation genannt, weil in den frühen Stadien seiner Untersuchung das Hauptaugenmerk auf die Umwandlung (Umwandlung) harmloser Organismen in virulente Organismen auf diese Weise gelegt wurde. DNA-Fragmente können auch durch spezielle Viren – Bakteriophagen – von Bakterie zu Bakterie übertragen werden. Dies nennt man Transduktion. Bekannt ist auch ein Prozess, der an eine Befruchtung erinnert und als Konjugation bezeichnet wird: Bakterien werden durch vorübergehende röhrenförmige Auswüchse (kopulatorische Fimbrien) miteinander verbunden, durch die DNA von einer „männlichen“ Zelle in eine „weibliche“ gelangt. Manchmal enthalten Bakterien sehr kleine zusätzliche Chromosomen – Plasmide, die auch von Individuum zu Individuum übertragen werden können. Enthalten die Plasmide Gene, die eine Antibiotikaresistenz hervorrufen, spricht man von einer Infektionsresistenz. Aus medizinischer Sicht ist es wichtig, weil es sich zwischen verschiedenen Arten und sogar Gattungen von Bakterien ausbreiten kann, wodurch die gesamte Bakterienflora, beispielsweise im Darm, gegen die Wirkung bestimmter Medikamente resistent wird.

STOFFWECHSEL

Teilweise aufgrund der geringen Größe der Bakterien ist ihre Stoffwechselrate viel höher als die von Eukaryoten. Unter den günstigsten Bedingungen können einige Bakterien ihre Gesamtmasse und Anzahl etwa alle 20 Minuten verdoppeln. Dies liegt daran, dass einige ihrer wichtigsten Enzymsysteme mit sehr hoher Geschwindigkeit arbeiten. So benötigt ein Kaninchen nur wenige Minuten, um ein Proteinmolekül zu synthetisieren, während Bakterien Sekunden brauchen. In einer natürlichen Umgebung, zum Beispiel im Boden, sind die meisten Bakterien jedoch „auf Hungerdiät“, wenn sich ihre Zellen also nicht alle 20 Minuten teilen, sondern alle paar Tage.
Ernährung. Bakterien sind Autotrophe und Heterotrophe. Autotrophe („Selbsternährende“) benötigen keine Substanzen, die von anderen Organismen produziert werden. Sie nutzen Kohlendioxid (CO2) als Haupt- oder einzige Kohlenstoffquelle. Durch den Einbau von CO2 und anderen anorganischen Stoffen, insbesondere Ammoniak (NH3), Nitraten (NO-3) und verschiedenen Schwefelverbindungen, synthetisieren sie in komplexen chemischen Reaktionen alle benötigten biochemischen Produkte. Heterotrophe Tiere („sich von anderen ernähren“) nutzen organische (kohlenstoffhaltige) Substanzen, die von anderen Organismen synthetisiert werden, insbesondere Zucker, als Hauptkohlenstoffquelle (einige Arten benötigen auch CO2). Wenn diese Verbindungen oxidiert werden, liefern sie Energie und Moleküle, die für das Zellwachstum und die Zellfunktion notwendig sind. In diesem Sinne ähneln heterotrophe Bakterien, zu denen die überwiegende Mehrheit der Prokaryoten gehört, dem Menschen.
Hauptenergiequellen. Wenn für die Bildung (Synthese) von Zellbestandteilen hauptsächlich Lichtenergie (Photonen) verwendet wird, nennt man den Vorgang Photosynthese, und dazu fähige Arten nennt man Phototrophen. Phototrophe Bakterien werden in Photoheterotrophe und Photoautotrophe unterteilt, je nachdem, welche Verbindungen – organische oder anorganische – als Hauptkohlenstoffquelle dienen. Photoautotrophe Cyanobakterien (Blaualgen) bauen wie Grünpflanzen Wassermoleküle (H2O) mithilfe von Lichtenergie ab. Dabei wird freier Sauerstoff (1/2O2) freigesetzt und Wasserstoff (2H+) erzeugt, der Kohlendioxid (CO2) in Kohlenhydrate umwandelt. Grüne und violette Schwefelbakterien nutzen Lichtenergie, um andere anorganische Moleküle wie Schwefelwasserstoff (H2S) anstelle von Wasser abzubauen. Dabei entsteht auch Wasserstoff, der Kohlendioxid reduziert, es wird jedoch kein Sauerstoff freigesetzt. Diese Art der Photosynthese wird als anoxygen bezeichnet. Photoheterotrophe Bakterien, wie z. B. violette Nichtschwefelbakterien, nutzen Lichtenergie, um Wasserstoff aus organischen Substanzen, insbesondere Isopropanol, zu erzeugen, ihre Quelle kann aber auch H2-Gas sein. Wenn die Hauptenergiequelle in der Zelle die Oxidation von Chemikalien ist, werden die Bakterien Chemoheterotrophe oder Chemoautotrophe genannt, je nachdem, ob die Moleküle als Hauptquelle für Kohlenstoff dienen – organisch oder anorganisch. Für Ersteres liefert organisches Material sowohl Energie als auch Kohlenstoff. Chemoautotrophe gewinnen Energie aus der Oxidation anorganischer Substanzen wie Wasserstoff (zu Wasser: 2H4 + O2 in 2H2O), Eisen (Fe2+ in Fe3+) oder Schwefel (2S + 3O2 + 2H2O in 2SO42- + 4H+) und Kohlenstoff aus CO2. Diese Organismen werden auch Chemolithotrophe genannt, was darauf hinweist, dass sie sich von Gesteinen „ernähren“.
Atem. Zellatmung ist der Prozess der Freisetzung chemischer Energie, die in „Nahrungsmolekülen“ gespeichert ist, um sie für lebenswichtige Reaktionen weiter zu nutzen. Die Atmung kann aerob und anaerob sein. Im ersten Fall benötigt es Sauerstoff. Es wird für die Arbeit der sogenannten benötigt. Elektronentransportsystem: Elektronen bewegen sich von einem Molekül zum anderen (Energie wird freigesetzt) ​​und verbinden sich schließlich mit Sauerstoff und Wasserstoffionen – es entsteht Wasser. Anaerobe Organismen benötigen keinen Sauerstoff, für einige Arten dieser Gruppe ist er sogar giftig. Die bei der Atmung freigesetzten Elektronen lagern sich an andere anorganische Akzeptoren wie Nitrat, Sulfat oder Carbonat oder (in einer Form dieser Atmung – Fermentation) an ein bestimmtes organisches Molekül, insbesondere Glucose, an. Siehe auch STOFFWECHSEL.

EINSTUFUNG

In den meisten Organismen wird eine Art als eine reproduktiv isolierte Gruppe von Individuen betrachtet. Im weitesten Sinne bedeutet dies, dass Vertreter einer bestimmten Art fruchtbare Nachkommen hervorbringen können, indem sie sich nur mit Artgenossen paaren, nicht jedoch mit Individuen anderer Arten. Daher reichen die Gene einer bestimmten Art in der Regel nicht über deren Grenzen hinaus. Bei Bakterien kann der Genaustausch jedoch nicht nur zwischen Individuen verschiedener Arten, sondern auch verschiedener Gattungen stattfinden, sodass nicht ganz klar ist, ob es legitim ist, hier die üblichen Konzepte von evolutionärem Ursprung und Verwandtschaft anzuwenden. Aufgrund dieser und anderer Schwierigkeiten gibt es noch keine allgemein anerkannte Klassifizierung von Bakterien. Nachfolgend finden Sie eine der am weitesten verbreiteten Varianten.
KÖNIGREICH MONERA

Phylum Gracilicutes (dünnwandige gramnegative Bakterien)

Klasse Scotobacteria (nicht-photosynthetische Formen, wie z. B. Myxobakterien) Klasse Anoxyphotobacteria (nicht-sauerstoffproduzierende photosynthetische Formen, wie z. B. Purpurschwefelbakterien) Klasse Oxyphotobacteria (sauerstoffproduzierende photosynthetische Formen, wie z. B. Cyanobakterien)

Phylum Firmicutes (dickwandige grampositive Bakterien)

Klasse Firmibakterien (hartzellige Formen wie Clostridien)
Klasse Thallobakterien (verzweigte Formen, z. B. Actinomyceten)

Phylum Tenericutes (gramnegative Bakterien ohne Zellwand)

Klasse Mollicutes (weichzellige Formen wie Mykoplasmen)

Phylum Mendosicutes (Bakterien mit defekten Zellwänden)

Klasse Archaebakterien (alte Formen, z. B. Methanbildner)

Domänen. Aktuelle biochemische Studien haben gezeigt, dass alle Prokaryoten klar in zwei Kategorien unterteilt sind: eine kleine Gruppe von Archaebakterien (Archaebacteria – „alte Bakterien“) und alle anderen, sogenannte Eubakterien (Eubacteria – „echte Bakterien“). Es wird angenommen, dass Archaebakterien im Vergleich zu Eukaryoten primitiver sind und dem gemeinsamen Vorfahren von Prokaryoten und Eukaryoten näher stehen. Sie unterscheiden sich von anderen Bakterien in mehreren wichtigen Merkmalen, darunter die Zusammensetzung der an der Proteinsynthese beteiligten ribosomalen RNA-Moleküle (rRNA), die chemische Struktur von Lipiden (fettähnlichen Substanzen) und das Vorhandensein einiger anderer Substanzen in der Zellwand Protein-Kohlenhydrat-Polymer Murein. Im obigen Klassifizierungssystem werden Archaebakterien nur als eine der Arten desselben Königreichs betrachtet, das alle Eubakterien vereint. Nach Ansicht einiger Biologen sind die Unterschiede zwischen Archaebakterien und Eubakterien jedoch so tiefgreifend, dass es richtiger ist, Archaebakterien innerhalb von Monera als ein besonderes Unterreich zu betrachten. Kürzlich ist ein noch radikalerer Vorschlag aufgetaucht. Die molekulare Analyse hat derart signifikante Unterschiede in der Genstruktur zwischen diesen beiden Gruppen von Prokaryoten ergeben, dass einige ihre Anwesenheit innerhalb desselben Organismenreichs für unlogisch halten. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, eine taxonomische Kategorie (Taxon) mit noch höherem Rang zu schaffen, sie als Domäne zu bezeichnen und alle Lebewesen in drei Domänen zu unterteilen – Eucarya (Eukaryoten), Archaea (Archaebakterien) und Bakterien (aktuelle Eubakterien). .

ÖKOLOGIE

Die beiden wichtigsten ökologischen Funktionen von Bakterien sind die Stickstofffixierung und die Mineralisierung organischer Rückstände.
Stickstoff-Fixierung. Die Bindung von molekularem Stickstoff (N2) zu Ammoniak (NH3) nennt man Stickstofffixierung, die Oxidation desselben zu Nitrit (NO-2) und Nitrat (NO-3) nennt man Nitrifikation. Dies sind lebenswichtige Prozesse für die Biosphäre, da Pflanzen zwar Stickstoff benötigen, ihn aber nur in gebundener Form aufnehmen können. Derzeit werden etwa 90 % (ca. 90 Millionen Tonnen) der jährlichen Menge dieses „fixierten“ Stickstoffs von Bakterien bereitgestellt. Der Rest wird in Chemiefabriken produziert oder entsteht bei Blitzeinschlägen. Stickstoff in der Luft, der ca. 80 % der Atmosphäre werden hauptsächlich von der gramnegativen Gattung Rhizobium und Cyanobakterien gebunden. Rhizobium-Arten gehen eine Symbiose mit etwa 14.000 Leguminosenarten (Familie Leguminosae) ein, zu denen beispielsweise Klee, Luzerne, Sojabohnen und Erbsen gehören. Diese Bakterien leben im sogenannten. Knötchen – Schwellungen, die sich in ihrer Anwesenheit an den Wurzeln bilden. Bakterien beziehen organische Substanzen (Nahrung) aus der Pflanze und versorgen den Wirt im Gegenzug mit fixiertem Stickstoff. Im Laufe eines Jahres werden so bis zu 225 kg Stickstoff pro Hektar fixiert. Auch Nicht-Hülsenpflanzen wie die Erle gehen eine Symbiose mit anderen stickstofffixierenden Bakterien ein. Cyanobakterien betreiben wie grüne Pflanzen Photosynthese und setzen dabei Sauerstoff frei. Viele von ihnen sind auch in der Lage, Luftstickstoff zu binden, der dann von Pflanzen und letztendlich von Tieren verbraucht wird. Diese Prokaryoten dienen als wichtige Quelle für festen Stickstoff im Boden im Allgemeinen und in Reisfeldern im Osten im Besonderen sowie als Hauptlieferant für die Ökosysteme der Ozeane.
Mineralisierung. So bezeichnet man die Zersetzung organischer Reststoffe in Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) und Mineralsalze. Aus chemischer Sicht entspricht dieser Vorgang einer Verbrennung, benötigt also große Mengen Sauerstoff. Die oberste Bodenschicht enthält 100.000 bis 1 Milliarde Bakterien pro 1 g, d. h. etwa 2 Tonnen pro Hektar. Typischerweise werden alle organischen Rückstände, sobald sie im Boden sind, schnell durch Bakterien und Pilze oxidiert. Widerstandsfähiger gegen Zersetzung ist eine bräunliche organische Substanz namens Huminsäure, die hauptsächlich aus im Holz enthaltenem Lignin gebildet wird. Es reichert sich im Boden an und verbessert dessen Eigenschaften.

BAKTERIEN UND INDUSTRIE

Angesichts der Vielzahl chemischer Reaktionen, die Bakterien katalysieren, ist es nicht verwunderlich, dass sie in manchen Fällen schon seit der Antike in großem Umfang in der Produktion eingesetzt werden. Prokaryoten teilen den Ruhm solcher mikroskopisch kleinen menschlichen Helfer mit Pilzen, vor allem Hefen, die für die meisten Prozesse der alkoholischen Gärung sorgen, beispielsweise bei der Herstellung von Wein und Bier. Da es nun möglich ist, nützliche Gene in Bakterien einzuführen, die diese dazu veranlassen, wertvolle Substanzen wie Insulin zu synthetisieren, hat die industrielle Nutzung dieser lebenden Laboratorien einen neuen starken Anreiz erhalten. Siehe auch GENETISCHE TECHNIK.
Lebensmittelindustrie. Derzeit werden Bakterien in dieser Industrie hauptsächlich zur Herstellung von Käse, anderen fermentierten Milchprodukten und Essig verwendet. Die wichtigsten chemischen Reaktionen sind hier die Bildung von Säuren. So oxidieren Bakterien der Gattung Acetobacter bei der Essigherstellung den im Apfelwein oder anderen Flüssigkeiten enthaltenen Ethylalkohol zu Essigsäure. Ähnliche Prozesse laufen ab, wenn Kohl zu Sauerkraut wird: Anaerobe Bakterien vergären den in den Blättern dieser Pflanze enthaltenen Zucker zu Milchsäure, aber auch zu Essigsäure und verschiedenen Alkoholen.
Erzauslaugung. Bakterien werden zur Auslaugung minderwertiger Erze verwendet, d. h. Umwandlung in eine Lösung aus Salzen wertvoller Metalle, vor allem Kupfer (Cu) und Uran (U). Ein Beispiel ist die Verarbeitung von Chalkopyrit oder Kupferpyrit (CuFeS2). Haufen dieses Erzes werden regelmäßig mit Wasser bewässert, das chemolithotrophe Bakterien der Gattung Thiobacillus enthält. Während ihrer Lebensaktivität oxidieren sie Schwefel (S) und bilden lösliche Kupfer- und Eisensulfate: CuFeS2 + 4O2 in CuSO4 + FeSO4. Solche Technologien vereinfachen die Gewinnung wertvoller Metalle aus Erzen erheblich; Sie entsprechen im Prinzip den Vorgängen, die in der Natur bei der Verwitterung von Gesteinen ablaufen.
Recycling. Bakterien dienen auch dazu, Abfallstoffe wie Abwasser in weniger gefährliche oder sogar nützliche Produkte umzuwandeln. Abwasser ist eines der drängendsten Probleme der modernen Menschheit. Ihre vollständige Mineralisierung erfordert große Mengen an Sauerstoff, und in gewöhnlichen Lagerstätten, in denen dieser Abfall üblicherweise gelagert wird, ist nicht mehr genügend Sauerstoff vorhanden, um ihn zu „neutralisieren“. Die Lösung liegt in einer zusätzlichen Belüftung des Abwassers in speziellen Becken (Belebungsbecken): Dadurch steht den mineralisierenden Bakterien genügend Sauerstoff zur Verfügung, um organische Stoffe vollständig zu zersetzen, und im günstigsten Fall wird Trinkwasser zu einem der Endprodukte Verfahren. Der unterwegs verbleibende unlösliche Bodensatz kann einer anaeroben Vergärung unterzogen werden. Damit solche Wasseraufbereitungsanlagen möglichst wenig Platz und Geld beanspruchen, sind gute Kenntnisse der Bakteriologie notwendig.
Andere Verwendungszwecke. Zu weiteren wichtigen industriellen Einsatzgebieten von Bakterien zählen beispielsweise Leinlappen, d.h. Trennung seiner Spinnfasern von anderen Pflanzenteilen sowie die Produktion von Antibiotika, insbesondere Streptomycin (Bakterien der Gattung Streptomyces).

BEKÄMPFUNG VON BAKTERIEN IN DER INDUSTRIE

Bakterien sind nicht nur nützlich; Der Kampf gegen ihre Massenvermehrung, beispielsweise in Nahrungsmitteln oder in den Wassersystemen von Zellstoff- und Papierfabriken, ist zu einem ganzen Tätigkeitsfeld geworden. Lebensmittel verderben unter dem Einfluss von Bakterien, Pilzen und ihren eigenen Enzymen, die eine Autolyse („Selbstverdauung“) verursachen, sofern sie nicht durch Hitze oder auf andere Weise inaktiviert werden. Da Bakterien die Hauptursache für den Verderb sind, erfordert die Entwicklung effizienter Lebensmittellagersysteme die Kenntnis der Toleranzgrenzen dieser Mikroorganismen. Eine der gebräuchlichsten Technologien ist die Pasteurisierung von Milch, die Bakterien abtötet, die beispielsweise Tuberkulose und Brucellose verursachen. Die Milch wird 30 Minuten lang bei 61–63 °C oder nur 15 Sekunden lang bei 72–73 °C gehalten. Dadurch wird der Geschmack des Produktes nicht beeinträchtigt, jedoch werden krankheitserregende Bakterien inaktiviert. Auch Wein, Bier und Fruchtsäfte können pasteurisiert werden. Die Vorteile der Lagerung von Lebensmitteln in der Kälte sind seit langem bekannt. Niedrige Temperaturen töten Bakterien nicht ab, verhindern aber ihr Wachstum und ihre Vermehrung. Zwar nimmt die Anzahl der Bakterien beim Einfrieren, beispielsweise auf -25 °C, nach einigen Monaten ab, eine große Zahl dieser Mikroorganismen überlebt jedoch noch. Bei Temperaturen knapp unter Null vermehren sich Bakterien weiter, allerdings sehr langsam. Ihre lebensfähigen Kulturen können nach Lyophilisierung (Gefriertrocknung) in einem proteinhaltigen Medium, beispielsweise Blutserum, nahezu unbegrenzt gelagert werden. Weitere bekannte Methoden zur Lagerung von Lebensmitteln sind das Trocknen (Trocknen und Räuchern), die Zugabe großer Mengen Salz oder Zucker, was physiologisch einer Dehydrierung gleichkommt, und das Einlegen, also das Einlegen von Lebensmitteln. Einlegen in eine konzentrierte Säurelösung. Wenn der Säuregehalt der Umgebung einem pH-Wert von 4 und darunter entspricht, wird die lebenswichtige Aktivität von Bakterien normalerweise stark gehemmt oder gestoppt.

BAKTERIEN UND KRANKHEITEN

UNTERSUCHUNG VON BAKTERIEN

Viele Bakterien lassen sich leicht in sogenannten Bakterien züchten. Kulturmedium, das Fleischbrühe, teilweise verdautes Protein, Salze, Dextrose, Vollblut, dessen Serum und andere Bestandteile enthalten kann. Die Bakterienkonzentration erreicht unter solchen Bedingungen normalerweise etwa eine Milliarde pro Kubikzentimeter, was zu einer Trübung der Umgebung führt. Um Bakterien zu untersuchen, ist es notwendig, deren Reinkulturen oder Klone zu erhalten, bei denen es sich um die Nachkommen einer einzelnen Zelle handelt. Dies ist beispielsweise notwendig, um festzustellen, welche Bakterienart der Patient infiziert hat und auf welches Antibiotikum diese Art empfindlich reagiert. Mikrobiologische Proben, etwa Rachen- oder Wundabstriche, Blutproben, Wasserproben oder andere Materialien, werden stark verdünnt auf die Oberfläche eines halbfesten Mediums aufgetragen: Darauf entwickeln sich aus einzelnen Zellen runde Kolonien. Der Härter für das Kulturmedium ist in der Regel Agar, ein Polysaccharid, das aus bestimmten Meeresalgen gewonnen wird und für nahezu alle Bakterienarten unverdaulich ist. Agarmedien werden in Form von „Schwärmen“ verwendet, d. h. geneigte Flächen, die in Reagenzgläsern entstehen, die in einem großen Winkel stehen, wenn das geschmolzene Nährmedium erstarrt, oder in Form dünner Schichten in Petrischalen aus Glas – flache runde Gefäße, verschlossen mit einem Deckel gleicher Form, aber etwas größerem Durchmesser. Normalerweise gelingt es der Bakterienzelle, sich innerhalb eines Tages so stark zu vermehren, dass sie eine Kolonie bildet, die mit bloßem Auge gut sichtbar ist. Es kann zur weiteren Untersuchung in eine andere Umgebung übertragen werden. Alle Kulturmedien müssen steril sein, bevor mit dem Wachstum von Bakterien begonnen wird, und in Zukunft sollten Maßnahmen ergriffen werden, um die Ansiedlung unerwünschter Mikroorganismen darauf zu verhindern. Um auf diese Weise gezüchtete Bakterien zu untersuchen, erhitzen Sie eine dünne Drahtschlinge in einer Flamme, berühren Sie damit zunächst eine Kolonie oder einen Abstrich und dann einen Wassertropfen, der auf einen Glasobjektträger aufgetragen wird. Nachdem das entnommene Material gleichmäßig in diesem Wasser verteilt wurde, wird das Glas getrocknet und zwei- oder dreimal schnell über die Brennerflamme geführt (die Seite mit den Bakterien sollte nach oben zeigen): Dadurch bleiben die Mikroorganismen fest, ohne beschädigt zu werden am Untergrund befestigt. Der Farbstoff wird auf die Oberfläche des Präparats getropft, dann wird das Glas in Wasser gewaschen und erneut getrocknet. Jetzt können Sie die Probe unter einem Mikroskop untersuchen. Reinkulturen von Bakterien werden hauptsächlich anhand ihrer biochemischen Eigenschaften identifiziert, d. h. bestimmen, ob sie aus bestimmten Zuckern Gase oder Säuren bilden, ob sie Proteine ​​verdauen können (Gelatine verflüssigen), ob sie Sauerstoff zum Wachstum benötigen usw. Sie prüfen auch, ob sie mit bestimmten Farbstoffen gefärbt sind. Die Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Medikamenten, beispielsweise Antibiotika, lässt sich feststellen, indem man kleine, mit diesen Substanzen getränkte Filterpapierscheiben auf eine mit Bakterien befallene Oberfläche legt. Wenn eine chemische Verbindung Bakterien abtötet, bildet sich um die entsprechende Scheibe eine bakterienfreie Zone.

Colliers Enzyklopädie. - Offene Gesellschaft. 2000 .

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Zeit ihres Lebens versuchte die Mikrobiologin Lyn Margulis (1938-2011) zu beweisen, dass die Welt der Mikroorganismen die innere Biosphäre – die Welt der Lebewesen – viel stärker beeinflusst, als Wissenschaftler behaupten

Kürzlich hat ein Team von Wissenschaftlern aus der ganzen Welt Hunderte von Studien (die meisten aus dem letzten Jahrzehnt) im Zusammenhang mit Tier-Bakterien-Interaktionen durchgeführt und analysiert und bewiesen, dass Margulis' Schlussfolgerungen richtig waren. Die erzielten Ergebnisse markierten einen Wendepunkt, nach dem Wissenschaftler gezwungen sein werden, einige grundlegende Konzepte im Bereich der Beziehungen zwischen Bakterien und anderen Lebensformen zu überdenken.

Die eigentliche Idee des Projekts entstand, als mehrere Wissenschaftler unabhängig voneinander die Bedeutung von Bakterien in vielen Tätigkeitsbereichen erkannten. Michael Hadfield beispielsweise, Biologieprofessor an der University of Hawaii in Manoa, erforscht seit vielen Jahren die Metamorphose von Meerestieren. Er entdeckte, dass eine bestimmte Art von Bakterien dazu führt, dass sich Wurmlarven an bestimmten Stellen des Meeresbodens ansiedeln und sich dann in diesen Bereichen zu Erwachsenen entwickeln und ihr ganzes Leben verbringen.

Bakterien um uns herum

Im Allgemeinen ist es leicht zu verstehen, warum Bakterien in der lebenden Welt eine sehr wichtige Rolle spielen. Bakterien waren eine der ersten Arten, die auf der Erde auftauchten (sie erschienen vor etwa 3,8 Billionen Jahren), und es ist mehr als wahrscheinlich, dass sie uns Menschen überleben werden. Im Baum des Lebens besetzen Bakterien einen der drei Hauptzweige, die anderen beiden sind Archaeen und Eukaryoten, letztere Tiere. Trotz ihrer enormen Vielfalt und der Tatsache, dass sie fast überall auf der Erde vorkommen – auf dem Meeresboden und sogar in unserem Darm – haben Bakterien dennoch etwas gemeinsam. Alle Bakterien sind ungefähr gleich groß (einige Mikrometer) und bestehen aus einer oder zwei kernlosen Zellen.

Natürlich gehen Wissenschaftler schon seit vielen Jahren davon aus, dass Tiere als eine Art „Zuhause“, als Lebensraum für Bakterien dienen: Sie leben insbesondere im Magen, im Maul oder auf der Haut. Aktuelle Studien haben noch deutlicher gezeigt, wie zahlreich Bakterien sind. Es wurde festgestellt, dass es in unserem Körper zehnmal mehr Bakterienzellen als menschliche Zellen gibt (allerdings beträgt das Gesamtgewicht der Bakterien weniger als ein halbes Pfund, da ihre Zellen viel kleiner sind als die menschlichen Zellen). Während einige Bakterien einfach Seite an Seite mit Tieren leben, ohne zu versuchen, mit ihnen zu interagieren, interagieren andere Bakterien recht aktiv. Wir sagen oft, dass Bakterien die Keime oder Krankheitserreger von Krankheiten wie Tuberkulose, Beulenpest und Staphylokokken sind. Allerdings erfüllen Bakterien auch viele Funktionen, die wir brauchen, und neuere Forschungen haben gezeigt, dass ein Leben ohne Bakterien tatsächlich ganz anders wäre.

„Die wahre Zahl der Bakterienarten ist erschreckend groß. Denken Sie an die neuesten Entdeckungen hoch in der Atmosphäre und im Gestein tief unter dem Meeresboden, sagt Hadvild. - Zu ihrer Zahl kommen Bakterienarten hinzu, die in allen möglichen Umgebungen leben können, von Senkgruben bis hin zu heißen Quellen, sowie solche, die in fast jedem lebenden Organismus leben können. Daher ist die Zahl der Arten, die Krankheiten verursachen, im Verhältnis zu ihrer Masse gering. Ich vermute, dass die Zahl der für lebende Organismen nützlichen und notwendigen Bakterien ebenfalls gering ist und der Großteil von ihnen gegenüber Lebewesen einfach neutral ist. Allerdings bin ich auch davon überzeugt, dass die Zahl der nützlichen Arten die Zahl der pathogenen Arten übersteigt.“

Der Prozentsatz des menschlichen Genoms, der sich über eine Reihe von Evolutionsstadien entwickelt hat. 37 % der menschlichen Gene stammen von Bakterien, 28 % von Eukaryoten, 16 % von Tieren, 13 % von Wirbeltieren und 6 % von Primaten. Foto von pnas.org

Tierische Herkunft und Koevolution

Aufgrund neuerer Forschungen kann man sogar davon ausgehen, dass es Bakterien waren, die die Entstehung vielzelliger Organismen auf der Erde (vor etwa 1-2 Billionen Jahren) und bei Tieren (vor etwa 700 Millionen Jahren) verursachten. Allerdings sorgt dieser Ansatz immer noch für heftige Debatten und wird nicht von allen Wissenschaftlern akzeptiert.

Nachdem sie ihre Rolle bei der Entstehung von Tieren gespielt hatten, nahmen Bakterien weiterhin an ihrem Evolutionsprozess teil, oder genauer gesagt an der Koevolution – der gemeinsamen Evolution lebender Organismen und Bakterien. Dies wird deutlich durch die Entwicklung der Endothermie bei Säugetieren – der Fähigkeit, durch Stoffwechsel eine konstante Temperatur von etwa 40 °C (100 Grad Fahrenheit) aufrechtzuerhalten. Und genau bei dieser Temperatur produzieren Säugetierbakterien am effizientesten Energie und reduzieren den Nahrungsbedarf des Körpers. Diese Entdeckung ergab, dass es Bakterien waren, die bei Tieren das Auftreten von Endothermie verursachten.

Bakterien im Mikrobiom eines Tieres, beispielsweise im Verdauungstrakt, im Maul und auf der Haut, kommunizieren miteinander und tauschen Signale mit den Organsystemen des Tieres aus. Foto von pnas.org

Bakterielle Signale

In den Genomen beider Arten gibt es Hinweise auf eine starke Tier-Bakterien-Allianz. Forscher schätzen, dass etwa 37 % der menschlichen Gene Homologe mit Bakterien und Archaeen aufweisen; Das bedeutet, dass die Gene von Bakterien und Archaeen von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen. Viele dieser Gene sind in der Lage, Informationen untereinander auszutauschen und so die Entwicklung des anderen zu beeinflussen. Hadfields Forschungsteam entdeckte, dass die gegenseitige bakterielle Signalübertragung eine wichtige Rolle bei der Förderung der Metamorphose bei einigen wirbellosen Meerestieren, den Larven, spielt. In diesen Fällen erzeugen Bakterien Signale, die über bestimmte Umweltfaktoren „verraten“.

Andere Studien haben gezeigt, dass bakterielle Signale die normale Gehirnentwicklung bei Säugetieren und das Fortpflanzungsverhalten sowohl bei Wirbeltieren als auch bei Wirbellosen beeinflussen.

Eine Störung der bakteriellen Signalwege kann zu Krankheiten wie Diabetes, entzündlichen Darmerkrankungen und Infektionskrankheiten führen.

Im Darm

Seit jeher spielen Bakterien eine wichtige Rolle in der Ernährung von Tieren und helfen ihnen bei der Verdauung von Nahrungsmitteln. Möglicherweise beeinflussten sie auch die Entwicklung anderer nahegelegener Organe und Systeme, etwa des Atmungs- und Urogenitalsystems. Darüber hinaus verlief die Evolution von Tieren und Bakterien wahrscheinlich parallel und führte zu deren Spezialisierung. Beispielsweise kommen 90 % der in Termitendärmen vorkommenden Bakterienarten nirgendwo anders vor. Das bedeutet, dass mit dem Aussterben einer Tierart auch eine bestimmte Anzahl Bakterienarten aussterben.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass sich Bakterien im menschlichen Darm an Veränderungen in der Ernährung anpassen. Beispielsweise haben die meisten Amerikaner Darmbakterien, die an die Verdauung von fettreichen Nahrungsmitteln angepasst sind, während die Bakterien der ländlichen Venezolaner eher dazu neigen, komplexe Kohlenhydrate abzubauen, und einige Japaner sogar Bakterien haben, die Algen verdauen können.

Ein Insekt (1 mm), das unter einem Walddach (10 m) lebt, zeigt mehrere Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Tieren. Das Bakterium (1 Mikrometer), das sich im Verdauungstrakt des Tieres (0,1 mm) befindet, ist wichtig für die Aufnahme von Nährstoffen während der Insektenfütterung, die häufig den Großteil der tierischen Biomasse unter dem Walddach ausmachen. Foto von pnas.org

Das große Bild

Insgesamt haben neuere Untersuchungen gezeigt, dass Bakterien und Wildtiere eng miteinander verbunden sind und sich gegenseitig auf Gesundheit und Wohlbefinden auswirken können. Basierend auf den Erkenntnissen kommen die Forscher zu dem Schluss, dass ähnliche Interaktionen zwischen anderen Arten wie Archaeen, Pilzen, Pflanzen und Tieren bestehen müssen. Die Annahmen von Margulis haben sich nun bestätigt, und Wissenschaftler schlagen vor, die Herangehensweise an die Biowissenschaften und vielleicht sogar ihre Darstellung in Schulbüchern radikal zu ändern.

Angesichts der neuesten Erkenntnisse ist geplant, eine Reihe von Studien zu Bakterien im Bereich ihrer Interaktion mit dem Menschen durchzuführen. Die Wissenschaftler hoffen, dass die Forschungsergebnisse letztendlich die Entwicklung einer interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern und Ingenieuren aus verschiedenen Bereichen ermöglichen werden, die es uns ermöglichen wird, Mikroorganismen aus immer neuen Blickwinkeln zu untersuchen.

>>Bakterien, ihre Struktur und Aktivität

1 - Schimmelpilz; 1 - Zeile; 3, 4 - Krustenflechten; $ - Parmelie auf einem Birkenstamm; 6 - schwefelgelber Zunderpilz

§ 92. Bakterien, ihre Struktur und Aktivität

Es gibt praktisch keinen Ort auf der Erde, an dem es keine Bakterien gibt. Es sind besonders viele Bakterien darin Boden. 1 g Erde kann Hunderte Millionen Bakterien enthalten. Die Anzahl der Bakterien in der Luft belüfteter und unbelüfteter Räume ist unterschiedlich. So sind in Klassenräumen nach dem Lüften vor Unterrichtsbeginn 13-mal weniger Bakterien vorhanden als in denselben Räumen nach dem Unterricht. In der Luft hoch in den Bergen gibt es wenige Bakterien, doch die Luft auf den Straßen großer Städte enthält viele Bakterien.

Um sich mit den Strukturmerkmalen von Bakterien vertraut zu machen, betrachten Sie eine mikroskopische Probe von Bacillus subtilis. Jedes dieser Bakterien ist nur eine stäbchenförmige Zelle mit einer dünnen Membran und Zytoplasma. Es gibt keinen typischen Kern im Zytoplasma. Die Kernsubstanz der meisten Bakterien ist im Zytoplasma verstreut. Die Struktur anderer Bakterien ähnelt der von Bacillus subtilis.

Die überwiegende Mehrheit der Bakterien ist farblos. Nur wenige sind lila oder grün. Die Form von Bakterien ist unterschiedlich. Es gibt Bakterien in Form von Kugeln; es gibt stäbchenförmige Bakterien – dazu gehört Bacillus subtilis; Es gibt Bakterien, die gebogen sind und wie Spiralen aussehen 185.

Manche Bakterien besitzen Geißeln, die ihnen bei der Fortbewegung helfen. Viele Bakterien sind in Ketten oder Gruppen verbunden und bilden riesige Ansammlungen in Form von Filmen. Einige Bakterien können Sporen bilden. Allerdings der Inhalt Zellen, schrumpft, entfernt sich von der Schale, rundet sich ab und bildet auf seiner Oberfläche eine neue, dichtere Schale, die sich innerhalb der Mutterschale befindet. Eine solche Bakterienzelle wird Spore genannt. Sporen bleiben auch unter ungünstigsten Bedingungen sehr lange bestehen. Sie halten Austrocknung, Hitze und Frost stand und sterben auch in kochendem Wasser nicht sofort ab. Sporen verbreiten sich leicht durch Wind und Wasser und bleiben an Gegenständen haften. Es gibt viele davon in der Luft und im Boden. Unter günstigen Bedingungen keimt die Spore und wird zu einem lebenden Bakterium. Bakteriensporen sind Anpassungen für das Überleben von Bakterien unter ungünstigen Bedingungen.

Die Lebensbedingungen für Bakterien sind vielfältig. Einige von ihnen leben und vermehren sich nur mit Luftzugang, andere brauchen ihn nicht. Die meisten Bakterienarten ernähren sich von vorgefertigten organischen Stoffen, da sie kein Chlorophyll besitzen. Nur die wenigsten sind in der Lage, aus anorganischen Stoffen organische Stoffe zu erzeugen. Dies sind blaugrüne oder Cyanobakterien. Sie spielten eine wichtige Rolle bei der Anreicherung von Sauerstoff in der Erdatmosphäre (siehe S. 225).

Da das Bakterium günstige Bedingungen für seine Entwicklung findet, teilt es sich und bildet zwei Tochterzellen; Bei einigen Bakterien wiederholen sich die Teilungen alle 20 Minuten und es entstehen neue Bakteriengenerationen. Um Bakterien und deren Sporen abzutöten, werden sie 20 Minuten lang 120 °C heißem Dampf ausgesetzt.

Um eine Kultur von Bacillus subtilis zu erhalten, geben Sie etwas Heu in eine Flasche mit Wasser, bedecken Sie den Flaschenhals mit Watte und kochen Sie den Inhalt 30 Minuten lang, um andere Bakterien, die sich möglicherweise in der Flasche befinden, abzutöten. Bacillus-Heu stirbt beim Kochen nicht ab.

Filtern Sie den resultierenden Heuaufguss und stellen Sie ihn mehrere Tage lang in einen Raum mit einer Temperatur von 20 bis 25 Grad Celsius. Bacillus heu wird sich vermehren und bald wird die Wasseroberfläche mit einem Bakterienfilm bedeckt sein.

Korchagina V. A., Biologie: Pflanzen, Bakterien, Pilze, Flechten: Lehrbuch. für die 6. Klasse. Durchschn. Schule - 24. Aufl. - M.: Bildung, 2003. - 256 S.: Abb.

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