Wachstum von Bakterienpopulationen

Verteilung in der Natur

Prokaryoten sind auf der Erdoberfläche allgegenwärtig. Sie kommen in jeder zugänglichen Umgebung vor, vom polaren Eis bis zu sprudelnden heißen Quellen, von Berggipfeln bis zum Meeresboden und von Pflanzen-und Tierkörpern bis zu Waldböden. Einige Bakterien können bei Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt (0 °C) im Boden oder Wasser wachsen, während andere bei Temperaturen nahe dem Kochen (100 °C) in Wasser gedeihen., Jedes Bakterium ist angepasst, um in einer bestimmten Umweltnische zu leben, sei es ozeanische Oberflächen, Schlammsedimente, Boden oder die Oberflächen eines anderen Organismus. Der Bakteriengehalt in der Luft ist niedrig, aber signifikant, insbesondere wenn Staub suspendiert wurde. In nicht kontaminierten natürlichen Gewässern können Bakterienzahlen in Tausenden pro Milliliter liegen; in fruchtbaren Böden können Bakterienzahlen in Millionen pro Gramm liegen; und im Kot können Bakterienzahlen Milliarden pro Gramm überschreiten.,

Prokaryoten sind wichtige Mitglieder Ihrer Lebensräume., Obwohl sie klein sind, bedeutet ihre schiere Anzahl, dass ihr Stoffwechsel eine enorme Rolle spielt—manchmal vorteilhaft, manchmal schädlich—bei der Umwandlung von Elementen in ihrer äußeren Umgebung. Wahrscheinlich kann jede natürlich vorkommende Substanz und viele synthetische Substanzen von einigen Bakterienarten abgebaut (metabolisiert) werden., Der größte Magen der Kuh, der Pansen, ist eine Fermentationskammer, in der Bakterien die Cellulose in Gräsern und Futtermitteln verdauen und in Fettsäuren und Aminosäuren umwandeln, die die grundlegenden Nährstoffe der Kuh und die Grundlage für die Kuhmilchproduktion sind. Organische Abfälle in Abwasser – oder Komposthaufen werden von Bakterien entweder in geeignete Nährstoffe für den Pflanzenstoffwechsel oder in gasförmiges Methan (CH4) und Kohlendioxid umgewandelt., Die Überreste aller organischen Materialien, einschließlich Pflanzen und Tiere, werden schließlich durch die Aktivitäten von Bakterien und anderen Mikroorganismen in Boden und Gase umgewandelt und dadurch für weiteres Wachstum zur Verfügung gestellt.

Viele Bakterien leben in Bächen und anderen Wasserquellen, und ihre Anwesenheit bei niedrigen Bevölkerungsdichten in einer Wasserprobe weist nicht unbedingt darauf hin, dass das Wasser nicht zum Verzehr geeignet ist. Wasser, das Bakterien wie E enthält., coli, die normale Bewohner des Darmtrakts von Menschen und Tieren sind, weisen darauf hin, dass Abwasser oder Stuhlmaterial diese Wasserquelle kürzlich verschmutzt hat. Solche coliformen Bakterien können selbst Krankheitserreger (Krankheitserreger) sein, und ihre Anwesenheit signalisiert, dass auch andere, weniger leicht nachgewiesene bakterielle und virale Krankheitserreger vorhanden sein können. In Wasserreinigungsanlagen verwendete Verfahren-Absetzen, Filtration und Chlorierung—sollen diese und andere Mikroorganismen und Infektionserreger entfernen, die in Wasser vorhanden sein können, das für den menschlichen Verzehr bestimmt ist., Außerdem ist eine Abwasserbehandlung erforderlich, um die Freisetzung pathogener Bakterien und Viren aus dem Abwasser in die Wasserversorgung zu verhindern. Kläranlagen initiieren auch den Zerfall organischer Materialien (Proteine, Fette und Kohlenhydrate) im Abwasser. Der Abbau von organischem Material durch Mikroorganismen im Wasser verbraucht Sauerstoff (biochemischer Sauerstoffbedarf), was zu einer Abnahme des Sauerstoffgehalts führt, was für das Wasserleben in Bächen und Seen, die das Abwasser aufnehmen, sehr schädlich sein kann., Ein Ziel der Abwasserbehandlung ist es, so viel organisches Material wie möglich zu oxidieren, bevor es in das Wassersystem eingeleitet wird, wodurch der biochemische Sauerstoffbedarf des Abwassers verringert wird. Abwasserverdauungsbehälter und Belüftungsvorrichtungen nutzen speziell die Stoffwechselkapazität von Bakterien für diesen Zweck aus. (Weitere Informationen zur Behandlung von Abwasser finden Sie unter Umweltarbeiten: Kontrolle der Wasserverschmutzung.)

Bodenbakterien sind äußerst aktiv bei der Wirkung biochemischer Veränderungen durch Umwandlung der verschiedenen Substanzen, Humus und Mineralien, die den Boden charakterisieren., Elemente, die für das Leben von zentraler Bedeutung sind, wie Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel, werden von Bakterien aus anorganischen gasförmigen Verbindungen in Formen umgewandelt, die von Pflanzen und Tieren verwendet werden können. Bakterien wandeln auch die Endprodukte des pflanzlichen und tierischen Stoffwechsels in Formen um, die von Bakterien und anderen Mikroorganismen verwendet werden können. Der Stickstoffkreislauf kann die Rolle von Bakterien bei verschiedenen chemischen Veränderungen veranschaulichen., Stickstoff existiert in der Natur in mehreren Oxidationszuständen wie Nitrat, Nitrit, Dinitrogengas, mehreren Stickoxiden, Ammoniak und organischen Aminen (Ammoniakverbindungen, die einen oder mehrere substituierte Kohlenwasserstoffe enthalten). Stickstofffixierung ist die Umwandlung von Dinitrogengas aus der Atmosphäre in eine Form, die von lebenden Organismen verwendet werden kann. Einige stickstofffixierende Bakterien, wie Azotobacter, Clostridium pasteurianum und Klebsiella pneumoniae, sind freilebend, während Arten von Rhizobium in einer engen Verbindung mit Hülsenfrüchten leben., Rhizobium-Organismen im Boden erkennen und dringen in die Wurzelhaare ihres spezifischen Pflanzenwirts ein, dringen in das Pflanzengewebe ein und bilden einen Wurzelknoten. Dieser Prozess führt dazu, dass die Bakterien viele ihrer freilebenden Eigenschaften verlieren. Sie werden abhängig von dem von der Pflanze zugeführten Kohlenstoff und wandeln im Austausch gegen Kohlenstoff Stickstoffgas in Ammoniak um, das von der Pflanze für ihre Proteinsynthese und ihr Wachstum verwendet wird. Darüber hinaus können viele Bakterien Nitrat in Amine umwandeln, um zelluläre Materialien zu synthetisieren, oder in Ammoniak, wenn Nitrat als Elektronenakzeptor verwendet wird., Denitrifizierende Bakterien wandeln Nitrat in Dinitrogengas um. Die Umwandlung von Ammoniak oder organischen Aminen in Nitrat wird durch die kombinierten Aktivitäten der aeroben Organismen Nitrosomonas und Nitrobacter erreicht, die Ammoniak als Elektronenspender verwenden.

Im Kohlenstoffkreislauf wird Kohlendioxid von Pflanzen und autotrophen Prokaryoten in zelluläre Materialien umgewandelt und organischer Kohlenstoff durch heterotrophe Lebensformen in die Atmosphäre zurückgeführt. Das Hauptabbauprodukt der mikrobiellen Zersetzung ist Kohlendioxid, das durch Atmung aerober Organismen gebildet wird.,

Methan, ein weiteres gasförmiges Endprodukt des Kohlenstoffstoffwechsels, ist ein relativ kleiner Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs, aber in lokalen Situationen und als erneuerbare Energiequelle für den menschlichen Gebrauch von Bedeutung. Die Methanproduktion erfolgt durch die hochspezialisierten und obligat anaeroben methanogenen Prokaryoten, die alle Archaeen sind. Methanogene verwenden Kohlendioxid als terminalen Elektronenakzeptor und erhalten Elektronen aus Wasserstoffgas (H2). Einige andere Substanzen können von diesen Organismen in Methan umgewandelt werden, einschließlich Methanol, Ameisensäure, Essigsäure und Methylamine., Trotz des extrem engen Stoffbereichs, der von Methanogenen verwendet werden kann, ist die Methanproduktion bei der anaeroben Zersetzung vieler organischer Materialien, einschließlich Cellulose, Stärke, Proteinen, Aminosäuren, Fetten, Alkoholen und den meisten anderen Substraten, sehr häufig. Die Methanbildung aus diesen Materialien erfordert, dass andere anaerobe Bakterien diese Substanzen entweder zu Acetat oder zu Kohlendioxid und Wasserstoffgas abbauen, die dann von den Methanogenen verwendet werden., Die Methanogene unterstützen das Wachstum der anderen anaeroben Bakterien im Gemisch, indem sie während ihrer Stoffwechselaktivitäten gebildetes Wasserstoffgas zur Methanproduktion entfernen. Der Verbrauch des Wasserstoffgases regt den Stoffwechsel anderer Bakterien an.

Trotz der Tatsache, dass Methanogene eine so eingeschränkte Stoffwechselfähigkeit haben und sehr empfindlich auf Sauerstoff reagieren, sind sie auf der Erde weit verbreitet. Große Mengen Methan werden in anaeroben Umgebungen wie Sümpfen und Sümpfen produziert, aber auch im Boden und von Wiederkäuern werden erhebliche Mengen produziert., Mindestens 80 Prozent des Methans in der Atmosphäre wurde durch die Wirkung von Methanogenen produziert, der Rest wird aus Kohlevorkommen oder Erdgasbrunnen freigesetzt.