Bakterien

Über dreihundert Jahre nach der ersten Beschreibung von Bakterien und trotz unzähliger schon beschriebener und katalogisierter Arten ist nach heutigem Kenntnisstand anzunehmen, dass die große Mehrheit (ca. 95 bis 99 \%) aller auf unserem Planeten existierenden Bakterienarten noch nicht näher bekannt ist und beschrieben wurde (Stand: 2006). Daher ist es nicht verwunderlich, dass immer wieder neue und aufregende Entdeckungen gemacht werden.

In den Urozeanen vorkommender Schwefelwasserstoff und in der Uratmosphäre vorhandenes Kohlendioxid wurde von autotrophen Schwefelbakterien (Prokaryoten) unter Zufuhr von Lichtenergie zum Aufbau organischer Verbindungen genutzt, wobei Wasser und Schwefel entstanden.

Manche Bakterien bilden Dauerstadien (Sporen) aus, in denen der komplette Stoffwechsel zum Erliegen kommt. In diesem Zustand können die Bakterien für sie ungünstige, auch extreme, Umweltbedingungen überstehen und mehrere tausend Jahre überdauern. Andere Bakteriengattungen haben eine andere Strategie entwickelt und ihren Stoffwechsel direkt an extreme Umweltbedingungen angepasst. Sie werden als Extremophile bezeichnet. Die meisten Bakterien leben in der Natur in Form von Biofilmen zusammen.

Cyanobakterien zeichnen sich vor allen anderen Bakterien durch ihre Fähigkeit zur oxygenen Photosynthese aus. Vor 2,5 Milliarden Jahren veränderten die sich massenhaft im Wasser verbreitenden Cyanobakterien die Lebensbedingungen auf der Erde entscheidend.

Bei diesem biochemischen Vorgang wird zunächst mit Hilfe von lichtabsorbierenden Farbstoffen Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt. Diese wird dann unter anderem zur Fixierung von Kohlenstoffdioxid verwendet: Aus energiearmen, anorganischen Stoffen, hauptsächlich Kohlenstoffdioxid CO2 und Wasser H2O, werden dabei zu energiereiche organische Verbindungen, wie Kohlenhydrate, synthetisiert.

Cyanobakterien nutzten das Sonnenlicht zur Photosynthese und setzten Sauerstoff frei. Diese massenhafte Produktion von Sauerstoff bewirkte die chemische Umwandlung der sauerstofflosen Gashülle in die für die Fortentwicklung von Leben außerhalb des Wassers notwendige Atmosphäre.

Verschiedene Cyanobakterien nutzen verschiedene Methoden der Photosynthese, die unterschiedliche Spektren des Sonnenlichts nutzen und unterschiedliche chemische Prozesse verwenden.

Forscher der Carnegie Institution fanden heraus, dass im Yellowstone-Nationalpark lebende Cyanobakterien einen im Tag-Nacht-Rhythmus wechselnden Stoffwechsel betreiben: Tagsüber Photosynthese und nachts Stickstofffixierung, bei der molekularer Stickstoff in Ammonium gebunden wird.

Fast alle Cyonobakterien produzieren in ihrem Inneren auch Moleküle, die von Menschen als Toxine eingestuft werden, zum Beispiel Microcystine. Sterben sie ab, gelangen sie in die Umwelt, wie bei den sogenannten Algenblüten. Gemeinsam mit den Grünalgen (Chlorophyta) und anderen Algengruppen bilden sie das Phytoplankton der Meere und Süßgewässer und so die Nahrungsgrundlage vieler Ökosysteme.

Unverzichtbar für bedeutende geochemische Stoffkreisläufe sind viele Bodenbakterien, die organische und anorganische Stoffe zersetzen und so Ressourcen für andere Lebewesen erzeugen.

Alcanivorax borkumensis ist ein Bakterium, welches ein breites Spektrum an Kohlenwasserstoffen verwerten kann und daher in der Lage ist, auch Erdöl abzubauen. Das Bakterium verwertet nur wenige einfache Aminosäuren oder Zucker und kann ausschließlich Kohlenwasserstoffe, von C5 bis C32, und deren Derivate als Energiequelle verwenden. Entdeckt wurde der Mikroorganismus auf der Insel Borkum (daher der Namenszusatz borkumensis) von Wissenschaftlern der Universität Braunschweig.

Forscher des Max-Planck Instituts für Marine Mikrobiologie der Uni Bremen haben im Atlantik einen neuen Treibstoff für das Leben gefunden. In 3000m Tiefe haben sie Bakterien gefunden, die gezielt Sauerstoff mit Wasserstoff reagieren lassen, um Energie zu gewinnen. Bislang waren nur zwei Brennstoffe bekannt, aus denen Bakterien in der Tiefsee Energie gewinnen: Schwefelwasserstoff und Methan.

Das Bakterium Geobacter sulfurreducens produziert Netze aus feinen Eiweißfäden, die den elektrischen Strom gut leiten. Die mikrobiellen Nanodrähte leiten Strom so effektiv wie Metall. Die Fäden sind einige tausendstel Millimeter lang aber nur wenige millionstel Millimeter dick: Mark Tuominen et.al University of Massachusetts.

Spezielle Bakterien kommen als Symbionten im Darm oder in anderen Organen vieler Lebewesen vor und wirken bei der Verdauung und weiteren physiologischen Vorgängen mit. Escherichia coli und Enterokokken sind die bekanntesten Vertreter dieser Gruppe. Aber auch anaerobe Bifidobakterien gehören dazu.