vækst af bakteriepopulationer

Distribution i naturen

prokaryoter er allestedsnærværende på jordens overflade. De findes i alle tilgængelige omgivelser, fra Polaris til boblende varme kilder, fra bjergtoppe til havbunden og fra plante-og dyrelegemer til skovjord. Nogle bakterier kan vokse i jord eller vand ved temperaturer nær frysning (0.C ), mens andre trives i vand ved temperaturer nær Kogning (100. C)., Hver bakterie er tilpasset til at leve i en bestemt miljøniche, det være sig oceaniske overflader, muddersedimenter, jord eller overfladerne af en anden organisme. Niveauet af bakterier i luften er lavt, men signifikant, især når støv er suspenderet. I uforurenede naturlige vandmasser kan bakterietællinger være i tusinder pr. milliliter; i frugtbar jord kan bakterietællinger være i millioner pr. gram; og i fæces kan bakterietællinger overstige milliarder pr.gram.,

Prokaryotes er vigtige medlemmer af deres levesteder., Selvom de er små i størrelse, betyder deres rene tal, at deres stofskifte spiller en enorm rolle—undertiden gavnlig, undertiden skadelig—i omdannelsen af elementer i deres ydre miljø. Sandsynligvis kan ethvert naturligt forekommende stof og mange syntetiske stoffer nedbrydes (metaboliseres) af nogle bakteriearter., Koens største mave, vommen, er et fermenteringskammer, hvor bakterier fordøjer cellulosen i græs og foder, omdanner dem til fedtsyrer og aminosyrer, som er de grundlæggende næringsstoffer, der bruges af koen og grundlaget for koens produktion af mælk. Organisk affald i spildevand eller kompostbunker omdannes af bakterier enten til egnede næringsstoffer til plantemetabolisme eller til gasformig methan (CH4) og kuldio .id., Resterne af alle organiske materialer, inklusive planter og dyr, omdannes til jord og gasser gennem aktiviteter af bakterier og andre mikroorganismer og stilles derved til rådighed for yderligere vækst.

mange bakterier lever i vandløb og andre vandkilder, og deres tilstedeværelse ved lav befolkningstæthed i en vandprøve indikerer ikke nødvendigvis, at vandet er uegnet til konsum. Vand, der indeholder bakterier som E., coli, som er normale indbyggere i tarmkanalen hos mennesker og dyr, indikerer, at spildevand eller fækalt materiale for nylig har forurenet denne vandkilde. Sådanne coliforme bakterier kan være patogener (sygdomsfremkaldende organismer) selv, og deres tilstedeværelse signalerer, at andre, mindre let detekterede bakterielle og virale patogener også kan være til stede. Procedurer, der anvendes i vandrensningsanlæg—bundfældning, filtrering, og chlorering—er designet til at fjerne disse og andre mikroorganismer og smitsomme sygdomme, der kan være til stede i vand, der er bestemt til konsum., Spildevandsbehandling er også nødvendig for at forhindre frigivelse af patogene bakterier og vira fra spildevand til vandforsyninger. Rensningsanlæg også indlede henfald af organiske materialer (proteiner, fedtstoffer og kulhydrater) i spildevandet. Nedbrydning af organisk materiale af mikroorganismer i vandet forbruger ilt (biokemisk iltbehov), hvilket medfører et fald i iltniveauet, hvilket kan være meget skadeligt for vandlevende organismer i vandløb og søer, der modtager spildevandet., Et mål med spildevandsrensning er at O .idere så meget organisk materiale som muligt inden dets udledning i vandsystemet og derved reducere det biokemiske iltbehov i spildevandet. Spildevand fordøjelsestanke og beluftningsanordninger udnytter specifikt bakteriens metaboliske kapacitet til dette formål. (For mere information om behandling af spildevand, se miljøarbejder: vandforureningskontrol.)

jordbakterier er ekstremt aktive i at gennemføre biokemiske ændringer ved at omdanne de forskellige stoffer, humus og mineraler, der kendetegner jord., Elementer, der er centrale for livet, såsom kulstof, nitrogen og svovl, omdannes af bakterier fra uorganiske gasformige forbindelser til former, der kan bruges af planter og dyr. Bakterier omdanner også slutprodukterne fra plante-og dyremetabolisme til former, der kan bruges af bakterier og andre mikroorganismer. Kvælstofkredsløbet kan illustrere bakteriens rolle i gennemførelsen af forskellige kemiske ændringer., Kvælstof findes i naturen i flere oxidationstrin, som nitrat, nitrit, kvælstof gas, flere kvælstofoxider, ammoniak, og organiske aminer (ammoniak forbindelser, der indeholder en eller flere substituerede kulbrinter). Nitrogenfiksering er omdannelsen af dinitrogengas fra atmosfæren til en form, der kan anvendes af levende organismer. Nogle kvælstof-fikserende bakterier, såsom Azotobacter, Clostridium pasteurianum, og Klebsiella pneumoniae, er gratis-levende, der henviser til, at arter af Rhizobium bor i en intim forening med bælgfrugter., RHI .obium-organismer i jorden genkender og invaderer rodhårene i deres specifikke plantevært, trænger ind i plantevævene og danner en rodknude. Denne proces får bakterierne til at miste mange af deres frie levende egenskaber. De bliver afhængige af det kulstof, der leveres af planten, og i bytte for kulstof omdanner de nitrogengas til ammoniak, som bruges af planten til dens proteinsyntese og vækst. Derudover kan mange bakterier omdanne nitrat til aminer med det formål at syntetisere cellulære materialer eller til ammoniak, når nitrat anvendes som elektronacceptor., Denitrifying bakterier konvertere nitrat til dinitrogen gas. Omdannelsen af ammoniak eller organiske aminer til nitrat opnås ved de kombinerede aktiviteter af de aerobe organismer Nitrosomonas og Nitrobacter, der bruger ammoniak som elektrondonor.

I kulstofkredsløbet, kuldioxid omdannes til cellulære materialer af planter og autotrophic prokaryotes, og organisk kulstof tilbage til atmosfæren af heterotrofe former for liv. Det vigtigste nedbrydningsprodukt af mikrobiel nedbrydning er kuldio .id, som dannes ved respirerende aerobe organismer.,

metan, et andet gasformigt slutprodukt af kulstofmetabolisme, er en relativt mindre komponent i den globale kulstofcyklus, men af betydning i lokale situationer og som en vedvarende energikilde til human brug. Metanproduktion udføres af de højt specialiserede og obligatorisk anaerobe methanogene prokaryoter, som alle er archaea. Methanogener bruger kuldio .id som deres terminale elektronacceptor og modtager elektroner fra hydrogengas (H2). Nogle få andre stoffer kan omdannes til methan af disse organismer, herunder methanol, myresyre, eddikesyre og methylaminer., På trods af det ekstremt snævre udvalg af stoffer, der kan anvendes af methanogener, er metanproduktion meget almindelig under den anaerobe nedbrydning af mange organiske materialer, herunder cellulose, stivelse, proteiner, aminosyrer, fedtstoffer, alkoholer og de fleste andre substrater. Methandannelsen fra disse materialer kræver det, at andre anaerobe bakterier nedbryder disse stoffer, enten til acetat eller kuldioxid og brint gas, som derefter anvendes ved methanogens., Methanogenerne understøtter væksten af de andre anaerobe bakterier i blandingen ved at fjerne brintgas dannet under deres metaboliske aktiviteter til metanproduktion. Forbrug af hydrogengassen stimulerer metabolismen af andre bakterier.

På trods af at methanogener har en sådan begrænset metabolisk evne og er ret følsomme for ilt, er de udbredt på jorden. Store mængder metan produceres i anaerobe miljøer, såsom sumpe og moser, men der produceres også betydelige mængder i jord og af drøvtyggere., Mindst 80 procent af metan i atmosfæren er produceret ved virkningen af methanogener, resten frigives fra kulaflejringer eller naturgasbrønde.