distributie in de natuur
prokaryoten komen alom voor op het aardoppervlak. Ze komen voor in elke toegankelijke omgeving, van poolijs tot bubbelende warmwaterbronnen, van bergtoppen tot de oceaanbodem en van planten-en dierenlichamen tot bosgronden. Sommige bacteriën kunnen groeien in de bodem of in water bij temperaturen nabij het vriespunt (0 °C ), terwijl anderen gedijen in water bij temperaturen nabij het koken (100 °C )., Elke bacterie is aangepast om te leven in een bepaalde omgeving niche, of het nu oceanische oppervlakken, modder sedimenten, bodem, of de oppervlakken van een ander organisme. Het niveau van bacteriën in de lucht is laag, maar aanzienlijk, vooral wanneer stof is gesuspendeerd. In ongerepte natuurlijke waterlichamen kan het aantal bacteriën in de duizenden per milliliter zijn; in vruchtbare grond kan het aantal bacteriën in de miljoenen per gram zijn; en in uitwerpselen kan het aantal bacteriën miljarden per gram overschrijden.,
prokaryoten zijn belangrijke leden van hun habitat., Hoewel ze klein van omvang zijn, betekenen hun enorme aantallen dat hun metabolisme een enorme rol speelt—soms gunstig, soms schadelijk—bij de omzetting van elementen in hun externe omgeving. Waarschijnlijk kan elke natuurlijk voorkomende stof, en vele synthetische, worden afgebroken (gemetaboliseerd) door sommige soorten bacteriën., De grootste maag van de koe, de pens, is een fermentatiekamer waarin bacteriën de cellulose verteren in Grassen en voeders, ze omzetten in vetzuren en aminozuren, die de fundamentele voedingsstoffen zijn die door de koe worden gebruikt en de basis vormen voor de melkproductie van de koe. Organisch afval in riool – of composthopen wordt door bacteriën omgezet in geschikte voedingsstoffen voor het metabolisme van planten of in gasvormig methaan (CH4) en kooldioxide., De resten van alle organische materialen, met inbegrip van planten en dieren, worden uiteindelijk door de activiteiten van bacteriën en andere micro-organismen omgezet in bodem en gassen en worden daardoor beschikbaar gesteld voor verdere groei.
veel bacteriën leven in waterstromen en andere waterbronnen, en hun aanwezigheid bij lage populatiedichtheid in een watermonster wijst er niet noodzakelijkerwijs op dat het water ongeschikt is voor consumptie. Echter, water dat bacteriën zoals E. bevat, coli, die normale bewoners van het darmkanaal van mens en dier zijn, geeft aan dat afvalwater of fecaal materiaal onlangs die waterbron heeft vervuild. Dergelijke coliforme bacteriën kunnen pathogenen (ziekteverwekkende organismen) zelf, en hun aanwezigheid signalen dat andere, minder gemakkelijk gedetecteerde bacteriële en virale pathogenen ook aanwezig kunnen zijn. Procedures die worden gebruikt in waterzuiveringsinstallaties—bezinking, filtratie en chlorering—zijn ontworpen om deze en alle andere micro-organismen en infectieuze agentia die aanwezig kunnen zijn in water dat bestemd is voor menselijke consumptie te verwijderen., Ook is rioolwaterbehandeling noodzakelijk om het vrijkomen van pathogene bacteriën en virussen uit afvalwater in de watervoorziening te voorkomen. Rioolwaterzuiveringsinstallaties initiëren ook het verval van organische materialen (eiwitten, vetten en koolhydraten) in het afvalwater. De afbraak van organisch materiaal door micro-organismen in het water verbruikt zuurstof (biochemisch zuurstofverbruik), waardoor een afname van het zuurstofgehalte, wat zeer schadelijk kan zijn voor het waterleven in stromen en meren die het afvalwater ontvangen., Een van de doelstellingen van de rioolwaterzuivering is om zoveel mogelijk organisch materiaal te oxideren voordat het in het watersysteem wordt geloosd, waardoor het biochemische zuurstofverbruik van het afvalwater wordt verminderd. Riolering vergisting tanks en beluchting apparaten specifiek benutten de metabolische capaciteit van bacteriën voor dit doel. (Zie environmental works: Water-pollution control voor meer informatie over de behandeling van afvalwater.)
bodembacteriën zijn zeer actief bij het teweegbrengen van biochemische veranderingen door de verschillende stoffen, humus en mineralen, die de bodem kenmerken, te transformeren., Elementen die centraal staan in het leven, zoals koolstof, stikstof en zwavel, worden door bacteriën uit anorganische gasvormige verbindingen omgezet in vormen die door planten en dieren kunnen worden gebruikt. Bacteriën zetten ook de eindproducten van het plantaardige en dierlijke metabolisme om in vormen die door bacteriën en andere micro-organismen kunnen worden gebruikt. De stikstofcyclus kan de rol van bacteriën in het teweegbrengen van diverse chemische veranderingen illustreren., Stikstof komt in de natuur voor in verschillende oxidatietoestanden, zoals nitraat, nitriet, dinitrogengas, verschillende stikstofoxiden, ammoniak en organische aminen (ammoniakverbindingen die een of meer gesubstitueerde koolwaterstoffen bevatten). Stikstof fixatie is de omzetting van dinitrogen gas uit de atmosfeer in een vorm die kan worden gebruikt door levende organismen. Sommige stikstof-fixerende bacteriën, zoals Azotobacter, Clostridium pasteurianum, en Klebsiella pneumoniae, zijn vrij levend, terwijl soorten van Rhizobium leven in een intieme associatie met peulvruchten planten., Rhizobium organismen in de bodem herkennen en binnenvallen de wortelharen van hun specifieke plant gastheer, voer de plantenweefsels, en vormen een wortelknobbeltje. Dit proces zorgt ervoor dat de bacteriën veel van hun vrijlevende kenmerken verliezen. Ze worden afhankelijk van de koolstof die door de plant wordt geleverd, en in ruil voor koolstof zetten ze stikstofgas om in ammoniak, dat door de plant wordt gebruikt voor zijn eiwitsynthese en groei. Bovendien kunnen veel bacteriën nitraat omzetten in aminen voor de synthese van cellulaire materialen of in ammoniak wanneer nitraat wordt gebruikt als elektronenacceptor., Denitrificerende bacteriën zetten nitraat om in dinitrogengas. De omzetting van ammoniak of organische aminen in nitraat wordt bereikt door de gecombineerde activiteiten van de aërobe organismen Nitrosomonas en Nitrobacter, die ammoniak als elektronendonor gebruiken.
(links) Encyclopædia Britannica, Inc.,; (right) photograph, © John Kaprielian, The National Audubon Society Collection/Photo Researchers
in de koolstofcyclus wordt kooldioxide omgezet in cellulaire materialen door planten en autotrofe prokaryoten, en organische koolstof wordt teruggestuurd naar de atmosfeer door heterotrofe levensvormen. Het belangrijkste afbraakproduct van microbiële afbraak is kooldioxide, dat wordt gevormd door respirerende aërobe organismen.,
methaan, een ander gasvormig eindproduct van het koolstofmetabolisme, is een relatief klein onderdeel van de mondiale koolstofcyclus, maar van belang in lokale situaties en als hernieuwbare energiebron voor menselijk gebruik. Methaanproductie wordt uitgevoerd door de zeer gespecialiseerde en verplicht anaerobe methanogene prokaryoten, die allemaal archaea zijn. Methanogenen gebruiken kooldioxide als hun eindelektronenacceptor en ontvangen elektronen uit waterstofgas (H2). Een paar andere stoffen kunnen door deze organismen worden omgezet in methaan, waaronder methanol, mierenzuur, azijnzuur en methylaminen., Ondanks de extreem smalle reeks van stoffen die door methanogenen kunnen worden gebruikt, is methaanproductie zeer gebruikelijk tijdens de anaërobe ontleding van veel organische materialen, waaronder cellulose, zetmeel, eiwitten, aminozuren, vetten, alcoholen en de meeste andere substraten. Methaanvorming uit deze materialen vereist dat andere anaerobe bacteriën deze stoffen afbreken tot acetaat of tot kooldioxide en waterstofgas, dat vervolgens door de methanogenen wordt gebruikt., De methanogenen ondersteunen de groei van de andere anaerobe bacteriën in het mengsel door het verwijderen van waterstofgas gevormd tijdens hun metabolische activiteiten voor methaanproductie. Het verbruik van het waterstofgas stimuleert de stofwisseling van andere bacteriën.
ondanks het feit dat methanogenen zo ‘ n beperkt metabolisch vermogen hebben en vrij gevoelig zijn voor zuurstof, zijn ze wijdverspreid op aarde. Grote hoeveelheden methaan worden geproduceerd in anaërobe omgevingen, zoals moerassen en moerassen, maar ook in de bodem en door herkauwers., Ten minste 80 procent van het methaan in de atmosfeer is geproduceerd door de werking van methanogenen, de rest komt vrij uit kolenafzettingen of aardgasbronnen.