tillväxt av bakteriepopulationer

Distribution i naturen

prokaryoter är allestädes närvarande på jordens yta. De finns i alla tillgängliga miljöer, från polarisen till bubblande varma källor, från bergstoppar till havsbotten och från växt-och djurkroppar till skogsmark. Vissa bakterier kan växa i jord eller vatten vid temperaturer nära frysning (0 °C ), medan andra trivs i vatten vid temperaturer nära kokning (100 °C )., Varje bakterie är anpassad för att leva i en viss miljönisch, vare sig det är oceaniska ytor, lera sediment, jord eller ytorna på en annan organism. Nivån av bakterier i luften är låg men signifikant, särskilt när damm har suspenderats. I okontrollerade naturliga vattenkroppar kan bakterieantal vara i tusentals per milliliter; i bördig jord kan bakterieantal vara i miljoner per gram; och i avföring kan bakterieantal överstiga miljarder per gram.,

prokaryoter är viktiga medlemmar i deras livsmiljöer., Även om de är små i storlek betyder deras stora antal att deras metabolism spelar en enorm roll—ibland fördelaktig, ibland skadlig—vid omvandling av element i sin yttre miljö. Förmodligen varje naturligt förekommande substans, och många syntetiska, kan försämras (metaboliseras) av vissa arter av bakterier., Koens största Mage, våmmen, är en jäsningskammare där bakterier smälter cellulosa i Gräs och matar, omvandlar dem till fettsyror och aminosyror, vilka är de grundläggande näringsämnena som används av koen och grunden för koens produktion av mjölk. Organiskt avfall i avloppsvatten eller komposthögar omvandlas av bakterier antingen till lämpliga näringsämnen för växtmetabolism eller till gasformig metan (CH4) och koldioxid., Resterna av alla organiska material, inklusive växter och djur, omvandlas så småningom till jord och gaser genom bakteriernas och andra mikroorganismers verksamhet och görs därmed tillgängliga för ytterligare tillväxt.

många bakterier lever i strömmar och andra vattenkällor, och deras närvaro vid låg befolkningstäthet i ett prov av vatten indikerar inte nödvändigtvis att vattnet är olämpligt för konsumtion. Vatten som innehåller bakterier som E., coli, som är normala invånare i tarmkanalen hos människor och djur, indikerar att avloppsvatten eller fekalt material nyligen har förorenat den vattenkällan. Sådana koliforma bakterier kan vara patogener (sjukdomsframkallande organismer) själva, och deras närvaro signalerar att andra, mindre lätt upptäckta bakteriella och virala patogener också kan vara närvarande. Förfaranden som används i vattenreningsanläggningar—sedimentering, filtrering och klorering-är utformade för att avlägsna dessa och andra mikroorganismer och smittämnen som kan förekomma i vatten som är avsett att användas som livsmedel., Avloppsrening är också nödvändig för att förhindra utsläpp av patogena bakterier och virus från avloppsvatten till vattenförsörjning. Avloppsreningsverk initierar också sönderfallet av organiska material (proteiner, fetter och kolhydrater) i avloppsvattnet. Nedbrytningen av organiskt material av mikroorganismer i vattnet förbrukar syre (biokemisk syreförbrukning), vilket orsakar en minskning av syrenivån, vilket kan vara mycket skadligt för vattenlivet i strömmar och sjöar som tar emot avloppsvattnet., Ett mål med avloppsrening är att oxidera så mycket organiskt material som möjligt före utsläpp i vattensystemet, vilket minskar avloppsvattnets biokemiska syrebehov. Avloppstankar och luftningsanordningar utnyttjar specifikt bakteriens metaboliska kapacitet för detta ändamål. (För mer information om rening av avloppsvatten, se miljöarbeten: kontroll av vattenföroreningar.)

jordbakterier är extremt aktiva i att genomföra biokemiska förändringar genom att omvandla de olika ämnena, humus och mineraler som karakteriserar jord., Element som är centrala för livet, såsom kol, kväve och svavel, omvandlas av bakterier från oorganiska gasformiga föreningar till former som kan användas av växter och djur. Bakterier omvandlar också slutprodukterna av växt-och djurmetabolism till former som kan användas av bakterier och andra mikroorganismer. Kvävecykeln kan illustrera bakteriens roll vid olika kemiska förändringar., Kväve finns i naturen i flera oxidationstillstånd, som nitrat, nitrit, dikvävegas, flera kväveoxider, ammoniak och organiska aminer (ammoniakföreningar innehållande en eller flera substituerade kolväten). Kvävefixering är omvandlingen av dikvävegas från atmosfären till en form som kan användas av levande organismer. Vissa kvävefixerande bakterier, såsom Azotobacter, Clostridium pasteurianum och Klebsiella pneumoniae, är fritt levande, medan arter av Rhizobium lever i en intim förening med baljväxter., Rhizobiumorganismer i jorden känner igen och invaderar rothåren hos deras specifika växtvärd, går in i växtvävnaderna och bildar en rotnodul. Denna process gör att bakterierna förlorar många av sina levande egenskaper. De blir beroende av det kol som levereras av växten, och i utbyte mot KOL omvandlar de kvävegas till ammoniak, som används av växten för dess proteinsyntes och tillväxt. Dessutom kan många bakterier omvandla nitrat till aminer för att syntetisera cellulära material eller ammoniak när nitrat används som elektronacceptor., Denitrifying bakterier omvandlar nitrat till dikvävegas. Omvandlingen av ammoniak eller organiska aminer till nitrat sker genom de kombinerade aktiviteterna hos de aeroba organismerna Nitrosomonas och Nitrobacter, som använder ammoniak som elektrondonator.

i kolcykeln omvandlas koldioxid till cellulära material av växter och autotrofa prokaryoter, och organiskt kol returneras till atmosfären av heterotrofa livsformer. Den huvudsakliga nedbrytningsprodukten av mikrobiell sönderdelning är koldioxid, som bildas av respirerande aeroba organismer.,

metan, en annan gasformig slutprodukt av kolmetabolism, är en relativt liten del av den globala kolcykeln men av betydelse i lokala situationer och som en förnybar energikälla för mänsklig användning. Metanproduktionen utförs av de högspecialiserade och obligatoriska anaeroba metanogena prokaryoterna, som alla är archaea. Metanogener använder koldioxid som sin terminala elektron acceptor och tar emot elektroner från vätgas (H2). Några andra ämnen kan omvandlas till metan av dessa organismer, inklusive metanol, myrsyra, ättiksyra och metylaminer., Trots det extremt smala utbudet av ämnen som kan användas av metanogener är metanproduktionen mycket vanlig vid anaerob sönderdelning av många organiska material, inklusive cellulosa, stärkelse, proteiner, aminosyror, fetter, alkoholer och de flesta andra substrat. Metanbildning från dessa material kräver att andra anaeroba bakterier bryter ner dessa ämnen antingen till acetat eller till koldioxid och vätegas, som sedan används av metanogenerna., Metanogenerna stöder tillväxten av de andra anaeroba bakterierna i blandningen genom att avlägsna vätgas som bildas under deras metaboliska aktiviteter för metanproduktion. Förbrukning av vätgasen stimulerar metabolismen av andra bakterier.

trots att metanogener har en sådan begränsad metabolisk förmåga och är ganska känsliga för syre, är de utbredda på jorden. Stora mängder metan produceras i anaeroba miljöer, såsom träsk och kärr, men betydande mängder produceras också i jord och av idisslare., Minst 80 procent av metanet i atmosfären har producerats genom verkan av metanogener, varvid återstoden frigörs från kolfyndigheter eller naturgasbrunnar.