Crescita delle popolazioni batteriche

Distribuzione in natura

I procarioti sono onnipresenti sulla superficie terrestre. Si trovano in ogni ambiente accessibile, dal ghiaccio polare alle sorgenti calde gorgoglianti, dalle cime delle montagne al fondo dell’oceano, dai corpi vegetali e animali ai terreni forestali. Alcuni batteri possono crescere nel suolo o nell’acqua a temperature prossime al congelamento (0 °C ), mentre altri prosperano in acqua a temperature prossime all’ebollizione (100 °C )., Ogni batterio è adattato a vivere in una particolare nicchia ambientale, che si tratti di superfici oceaniche, sedimenti di fango, suolo o superfici di un altro organismo. Il livello di batteri nell’aria è basso ma significativo, specialmente quando la polvere è stata sospesa. In corpi naturali incontaminati di acqua, conta batterica può essere in migliaia per millilitro; in terreno fertile, conta batterica può essere in milioni per grammo; e nelle feci, conta batterica può superare i miliardi per grammo.,

I procarioti sono membri importanti del loro habitat., Sebbene siano di piccole dimensioni, il loro numero puro significa che il loro metabolismo svolge un ruolo enorme—a volte benefico, a volte dannoso—nella conversione degli elementi nel loro ambiente esterno. Probabilmente ogni sostanza naturale, e molti quelli sintetici, possono essere degradati (metabolizzati) da alcune specie di batteri., Lo stomaco più grande della mucca, il rumine, è una camera di fermentazione in cui i batteri digeriscono la cellulosa nelle erbe e nei mangimi, convertendoli in acidi grassi e amminoacidi, che sono i nutrienti fondamentali utilizzati dalla mucca e la base per la produzione di latte della mucca. I rifiuti organici nelle acque reflue o nei cumuli di compost vengono convertiti dai batteri in nutrienti adatti per il metabolismo delle piante o in metano gassoso (CH4) e anidride carbonica., I resti di tutti i materiali organici, comprese le piante e gli animali, vengono infine convertiti in suolo e gas attraverso le attività di batteri e altri microrganismi e vengono quindi resi disponibili per un’ulteriore crescita.

Molti batteri vivono in corsi d’acqua e altre fonti d’acqua, e la loro presenza a basse densità di popolazione in un campione d’acqua non indica necessariamente che l’acqua sia inadatta al consumo. Tuttavia, l’acqua che contiene batteri come E., coli, che sono normali abitanti del tratto intestinale di esseri umani e animali, indica che le acque reflue o il materiale fecale hanno recentemente inquinato quella fonte d’acqua. Tali batteri coliformi possono essere patogeni (organismi che causano malattie) stessi e la loro presenza segnala che possono essere presenti anche altri patogeni batterici e virali meno facilmente rilevati. Le procedure utilizzate negli impianti di depurazione delle acque-sedimentazione, filtrazione e clorazione—sono progettate per rimuovere questi e altri microrganismi e agenti infettivi che possono essere presenti nell’acqua destinata al consumo umano., Inoltre, il trattamento delle acque reflue è necessario per prevenire il rilascio di batteri e virus patogeni dalle acque reflue nelle riserve idriche. Gli impianti di trattamento delle acque reflue iniziano anche il decadimento di materiali organici (proteine, grassi e carboidrati) nelle acque reflue. La rottura del materiale organico da parte di microrganismi nell’acqua consuma ossigeno (domanda biochimica di ossigeno), causando una diminuzione del livello di ossigeno, che può essere molto dannoso per la vita acquatica nei torrenti e nei laghi che ricevono le acque reflue., Un obiettivo del trattamento delle acque reflue è quello di ossidare quanto più materiale organico possibile prima del suo scarico nel sistema idrico, riducendo così la domanda biochimica di ossigeno delle acque reflue. I serbatoi di digestione delle acque reflue e i dispositivi di aerazione sfruttano specificamente la capacità metabolica dei batteri a questo scopo. (Per ulteriori informazioni sul trattamento delle acque reflue, vedere lavori ambientali: Controllo dell’inquinamento idrico.)

I batteri del suolo sono estremamente attivi nell’effettuare cambiamenti biochimici trasformando le varie sostanze, humus e minerali, che caratterizzano il suolo., Gli elementi che sono centrali per la vita, come carbonio, azoto e zolfo, vengono convertiti dai batteri dai composti gassosi inorganici in forme che possono essere utilizzate da piante e animali. I batteri convertono anche i prodotti finali del metabolismo vegetale e animale in forme che possono essere utilizzate da batteri e altri microrganismi. Il ciclo dell’azoto può illustrare il ruolo dei batteri nell’effettuare vari cambiamenti chimici., L’azoto esiste in natura in diversi stati di ossidazione, come nitrato, nitrito, gas dinitrogeno, diversi ossidi di azoto, ammoniaca e ammine organiche (composti di ammoniaca contenenti uno o più idrocarburi sostituiti). La fissazione dell’azoto è la conversione del gas dinitrogeno dall’atmosfera in una forma che può essere utilizzata dagli organismi viventi. Alcuni batteri che fissano l’azoto, come Azotobacter, Clostridium pasteurianum e Klebsiella pneumoniae, vivono liberi, mentre le specie di Rhizobium vivono in un’intima associazione con le leguminose., Gli organismi Rhizobium nel terreno riconoscono e invadono i peli della radice del loro ospite specifico, entrano nei tessuti vegetali e formano un nodulo radicale. Questo processo fa sì che i batteri perdano molte delle loro caratteristiche di vita libera. Diventano dipendenti dal carbonio fornito dalla pianta e, in cambio del carbonio, convertono il gas azoto in ammoniaca, che viene utilizzato dalla pianta per la sintesi proteica e la crescita. Inoltre, molti batteri possono convertire il nitrato in ammine allo scopo di sintetizzare materiali cellulari o in ammoniaca quando il nitrato viene utilizzato come accettore di elettroni., I batteri denitrificanti convertono il nitrato in gas dinitrogeno. La conversione di ammoniaca o ammine organiche in nitrato è realizzata dalle attività combinate degli organismi aerobici Nitrosomonas e Nitrobacter, che utilizzano l’ammoniaca come donatore di elettroni.

Nel ciclo del carbonio, l’anidride carbonica viene convertita in materiali cellulari da piante e procarioti autotrofi, e il carbonio organico viene restituito all’atmosfera da forme di vita eterotrofiche. Il principale prodotto di degradazione della decomposizione microbica è l’anidride carbonica, che è formata da organismi aerobici respiranti.,

Il metano, un altro prodotto finale gassoso del metabolismo del carbonio, è una componente relativamente minore del ciclo globale del carbonio ma di importanza in situazioni locali e come fonte di energia rinnovabile per uso umano. La produzione di metano è effettuata dai procarioti metanogeni altamente specializzati e obbligatoriamente anaerobici, che sono tutti archaea. I metanogeni usano l’anidride carbonica come accettore terminale di elettroni e ricevono elettroni dal gas idrogeno (H2). Alcune altre sostanze possono essere convertite in metano da questi organismi, tra cui metanolo, acido formico, acido acetico e metilammine., Nonostante la gamma estremamente ristretta di sostanze che possono essere utilizzate dai metanogeni, la produzione di metano è molto comune durante la decomposizione anaerobica di molti materiali organici, tra cui cellulosa, amido, proteine, amminoacidi, grassi, alcoli e la maggior parte degli altri substrati. La formazione di metano da questi materiali richiede che altri batteri anaerobici degradino queste sostanze in acetato o in anidride carbonica e gas idrogeno, che vengono poi utilizzati dai metanogeni., I metanogeni supportano la crescita degli altri batteri anaerobici nella miscela rimuovendo l’idrogeno gassoso formatosi durante le loro attività metaboliche per la produzione di metano. Il consumo del gas idrogeno stimola il metabolismo di altri batteri.

Nonostante il fatto che i metanogeni abbiano una capacità metabolica così limitata e siano abbastanza sensibili all’ossigeno, sono diffusi sulla Terra. Grandi quantità di metano sono prodotte in ambienti anaerobici, come paludi e paludi, ma quantità significative sono prodotte anche nel suolo e dagli animali ruminanti., Almeno l ‘ 80 per cento del metano nell’atmosfera è stato prodotto dall’azione dei metanogeni, il resto viene rilasciato da depositi di carbone o pozzi di gas naturale.