Znaczenie bakterii w przyrodzie

Obieg materii

Bakterie odgrywają zasadniczą rolę w procesach obiegu materii, mając zdolność do rozkładu detrytusudetrytusdetrytusu. Dzięki ich działalności złożone związki organiczne obecne w martwych szczątkach roślinnych i zwierzęcych są rozkładane do prostych związków nieorganicznych, m.in. amoniaku, wody i dwutlenku węgla. Związki te są następnie wykorzystywane przez inne organizmy i tym samym zostają ponownie włączone w obieg materii. Przedstawiona zdolność bakterii klasyfikuje te organizmy w ekosystemach do poziomu troficznego destruentów (reducentówreducent (destruent)reducentów).

Obieg pierwiastków

Wynikiem obiegu materii jest obieg pierwiastków w przyrodzie. Bakterie, posiadając zdolność do przeprowadzania procesów polegających na przekształcaniu związków nieorganicznych do form przyswajalnych przez inne organizmy, przyczyniają się do krążenia azotu, węgla, fosforu i siarki w przyrodzie.

Azot wchodzi w skład związków organicznych takich jak: białka i kwasy nukleinowe. Pierwiastek ten w formie cząsteczkowej w ilości 78% występuje w ziemskiej atmosferze. W tej postaci jest on nieprzyswajalny dla większości organizmów, za wyjątkiem niektórych bakterii. Bakterie glebowe z rodzaju Azotobacter mają zdolność do wiązania azotu cząsteczkowego NIndeks dolny 2₂ i redukowania go do amoniaku NHIndeks dolny 3₃. Związek ten rozpuszcza się w wodzie i przyjmuje postać jonu amonowego NHIndeks dolny 4₄Indeks górny +⁺. Część jonów bakterie zużywają na własne potrzeby metaboliczne. Niewykorzystana część jonów amonowych trafia do gleby i może zostać pobrana przez korzenie roślin lub ulec dalszym przekształceniom.

Związki protekcjonistyczne z roślinami

Bakterie współtworzą związki protekcjonistycznezwiązki protekcjonistyczne (nieantagonistyczne)związki protekcjonistyczne z organizmami roślinnymi. Na przykład bakterie brodawkowe z rodzaju Rhizobium wchodzą w symbiozęsymbioza (mutualizm obligatoryjny)symbiozę z roślinami motylkowymi – grochem, koniczyną czy łubinem. Bakterie brodawkowe przenikają z gleby przez włośniki do komórek korzenia rośliny, czego zewnętrznym przejawem jest wytwarzanie przez roślinę charakterystycznych brodawek korzeniowych. Bakterie te mają zdolność do wiązania azotu cząsteczkowego i przekształcania go do formy przyswajalnej przez rośliny, którą przekazują roślinnemu gospodarzowi. Z kolei roślina oddaje część produktów fotosyntezy bakteriom uzyskującym w ten sposób źródło pokarmu. Korzyść ze współpracy jest zatem obustronna.

Związki protekcjonistyczne ze zwierzętami

Bakterie współtworzą związki protekcjonistyczne z organizmami zwierzęcymi. Na przykład krętki z rodzaju Pillotina wchodzą w symbiozę z termitami. Owady te posiadają długie jelito w postaci komory fermentacyjnej, w której pobrany pokarm bogaty w celulozę ulega trawieniu. Rozkład pobranego pokarmu jest możliwy tylko przy udziale enzymów produkowanych przez krętki zasiedlające jelito owadów.

Inne zwierzęta roślinożerne również korzystają z działalności symbiotycznych bakterii zdolnych do trawienia celulozy, np. krowa posiada bogatą florę bakteryjną w jednej z komór żołądka zwanej żwaczem. Ma on pojemność około 80 l i jego treść jest zasobna w symbiotyczne bakterie – w 1 ml może znajdować się do 100 mln komórek bakterii.

Bakterie jelitowe zasiedlają również przewody pokarmowe zwierząt mięsożernych i wszystkożernych, w tym człowieka. Dzięki ich obecności trawienie pokarmu jest ułatwione. Dostarczają one również gospodarzom witaminy K i B. Stosowanie antybiotyków prowadzi do wyjałowienia przewodu pokarmowego i skutkuje upośledzeniem trawienia pokarmu i niedoborem witamin.

Zakwit wód

W sprzyjających warunkach świetlnych, termicznych i troficznych w zbiornikach wodnych obserwuje się gwałtowny wzrost fitoplanktonu, który nadaje wodzie charakterystyczne, zielone zabarwienie. W skład fitoplanktonu wchodzą cyjanobakterie i protisty roślinopodobne. Rozwój tych organizmów w krótkim czasie prowadzi do powstania na powierzchni wody zwartej biomasy, która odcina dostęp światła do głębszych warstw wody i tym samym hamuje fotosyntezę wodnych organizmów autotroficznych. Obumarłe mikroorganizmy z fitoplanktonu opadają na dno zbiornika i nasilają procesy rozkładu, prowadząc do zmniejszenia zawartości tlenu w wodzie. W czasie ich rozkładu wydzielane są substancje toksyczne.

Znaczenie bakterii w gospodarce człowieka

Wykorzystanie bakterii w przemyśle spożywczym

W przemyśle spożywczym bakterie wykorzystywane są m.in. do otrzymywania produktów nabiałowych, takich jak jogurty, kefiry, ser żółty czy twaróg oraz produktów kiszonych, np. ogórków i kapusty. W tym celu wykorzystuje się naturalne zdolności bakterii do prowadzenia fermentacji mlekowej polegającej na beztlenowym rozkładzie węglowodanów. W wyniku tego procesu mikroorganizmy uzyskują energię niezbędną do życia. Produktem reakcji jest kwas mlekowy. Opisany proces przeprowadzają bakterie mlekowe: laseczki Lactobacillus casei i Lactobacillus plantarum oraz paciorkowce Streptococcus lactis i Streptococcus cremoris.

Wykorzystanie bakterii w przemyśle farmaceutycznym i medycynie estetycznej

Wykorzystanie bakterii w rolnictwie i ochronie środowiska – biologiczne oczyszczanie ścieków, bioremediacja

W rolnictwie bakterie wykorzystywane są m.in. do biologicznego zwalczania szkodników upraw. Przykładem jest bakteria Bacillus thuringiensis Berliner, która w czasie tworzenia form przetrwalnikowych wytwarza romboidalne kryształy białkowe, działające toksycznie na larwy owadów.

W ochronie środowiska bakterie wykorzystywane są do bioremediacjibioremediacjabioremediacji. Stanowi ona zespół metod i technik wykorzystujących naturalne zdolności mikroorganizmów do całkowitego lub częściowego usuwania zanieczyszczeń. Przykładem praktycznego wykorzystania bakterii do usuwania zanieczyszczeń są biologiczne metody oczyszczania ścieków komunalnych i przemysłowych. Zanieczyszczona woda zawiera związki organiczne, które bakterie wykorzystują m.in. jako źródło pokarmu i rozkładają je do prostych związków nieorganicznych, np. wody i dwutlenku węgla. W wyniku tych procesów dochodzi do usunięcia zanieczyszczeń organicznych.

Związki antagonistyczne z roślinami i zwierzętami

Bakterie pasożytniczepasożytnictwopasożytnicze wchodzą w związki antagonistycznezwiązki antagonistycznezwiązki antagonistyczne z roślinami i zwierzętami, stanowiąc istotny czynnik chorobotwórczy. Bakteriozybakterioza roślinBakteriozy to choroby roślin wywołane zakażeniami bakteryjnymi. Ich objawem są m.in.: powstawanie narośli, więdnięcie i plamistość liści, upośledzenie wzrostu i rozwoju organizmów roślinnych.

Bakterie wywołują również choroby u zwierząt i ludzi. Wprowadzenie szczepień ochronnych, wykorzystanie antybiotyków w leczeniu zakażeń, stosowanie środków dezynfekcyjnych i podstawowych zasad higieny przynosi dobre rezultaty w walce z bakteriami chorobotwórczymi. Przykłady chorób bakteryjnych występujących u ludzi to: cholera, dur brzuszny, czerwonka bakteryjna, gruźlica, tężec, borelioza, salmonelloza, kiła i rzeżączka.

Słownik