Rast bakterijskih populacija

Ispitajte kako bakterije mogu biti korisni ekološki agensi razgradnje, ali štetni kvarivači hrane i agensi bolesti

Ispitajte kako bakterije mogu biti korisni ekološki agensi razgradnje, ali štetni kvarivači hrane i agensi bolesti Saznajte o bakterijama kao agensima razgradnje, kvarenju hrane i bolesti (patogeni). Encyclopædia Britannica, Inc. Pogledajte sve videozapise za ovaj članak

Rast bakterija kulture definira se kao porast broja bakterija u populaciji, a ne kao veličina pojedinačnih stanica. Rast bakterijske populacije događa se na geometrijski ili eksponencijalni način: sa svakim ciklusom podjele (generacije), iz jedne stanice nastaju 2 stanice, zatim 4 stanice, zatim 8 stanica, pa 16, pa 32 i tako dalje. Vrijeme potrebno za formiranje generacije, vrijeme generacije (G), može se izračunati iz sljedeće formule:



Jednadžba.



U formuli, B broj bakterija prisutnih na početku promatranja, b je broj prisutan nakon vremenskog razdoblja t , i n je broj generacija. Odnos pokazuje da je srednje vrijeme stvaranja konstantno i da je brzina povećanja broja bakterija proporcionalna broju bakterija u bilo kojem trenutku. Ovaj odnos vrijedi samo tijekom razdoblja kada se populacija eksponencijalno povećava, što se naziva log faza rasta. Iz tog su razloga grafikoni koji prikazuju rast bakterijskih kultura ucrtani kao logaritam broja stanica.

Slijedite koloniju Bacillus subtilis dok prolazi kroz faze rasta, zaostajanja, stacioniranja i smrti.

Slijedite a Bacillus subtilis kolonija dok prolazi kroz faze rasta, zaostajanja, stacionarne i smrtne faze Kolonije bakterija napreduju kroz četiri faze rasta: fazu zaostajanja, fazu dnevnika, stacionarnu fazu i fazu smrti. Video enciklopedija Britannica, Inc .; fotografije A.W. Rakosy / Encyclopædia Britannica, Inc. Pogledajte sve videozapise za ovaj članak



u kojoj je državi grad panama

Vrijeme generacije, koje se razlikuje od bakterija, kontrolirano je mnogim uvjetima okoliša i prirodom bakterijskih vrsta. Na primjer, Clostridium perfringens , jedna od najbrže rastućih bakterija, ima optimalno vrijeme stvaranja od oko 10 minuta; Escherichia coli može se udvostručiti svakih 20 minuta; i sporo rastući Mycobacterium tuberculosis ima vrijeme generacije u rasponu od 12 do 16 sati. Neki istraživači sugeriraju da određene populacije bakterija koje žive duboko ispod površine Zemlje mogu rasti izuzetno sporim tempom, reprodukujući se samo jednom u nekoliko tisuća godina. The sastav od medij rasta je glavni čimbenik koji kontrolira stopu rasta. Stopa rasta povećava se do maksimuma kada medij pruža bolji izvor energije i više biosintetskih međuprodukata koje bi stanica inače morala stvoriti za sebe.

krivulja rasta bakterija

krivulja rasta bakterija Generalizirana krivulja rasta bakterija koja pokazuje faze rasta bakterijskih kolonija. Encyclopædia Britannica, Inc.

Kada se bakterije stave u medij koji osigurava sve hranjive sastojke potrebne za njihov rast, populacija pokazuje četiri faze rasta koje su tipične krivulje rasta bakterija. Nakon cijepljenja u novi medij, bakterije se ne razmnožavaju odmah, a veličina populacije ostaje konstantna. U tom razdoblju, tzv faza zaostajanja , stanice su metabolički aktivne i povećavaju se samo u veličini stanica. Također sintetiziraju enzime i čimbenike potrebne za diobu stanica i rast populacije u njihovim novim uvjetima okoliša. Populacija tada ulazi u log fazu, u kojoj se broj stanica povećava na logaritamski način, a svaka generacija stanica javlja se u istom vremenskom intervalu kao i prethodne, što rezultira uravnoteženim porastom sastavnice svake stanice. Log faza se nastavlja sve dok se hranjive tvari ne iscrpe ili se akumuliraju otrovni proizvodi, a u tom se trenutku rast stanica usporava i neke stanice mogu početi umirati. U optimalnim uvjetima, maksimalna populacija nekih bakterijskih vrsta na kraju log-faze može doseći gustoću od 10 do 30 milijardi stanica po mililitru.



Bacillus subtilis

Bacillus subtilis DO Bacillus subtilis bakterijska kolonija koja ulazi u log fazu rasta nakon 18–24 sata inkubacije na 37 ° C (98,6 ° F; povećana oko 6 ×). A.W. Rakosy / Encyclopædia Britannica, Inc.

Log fazu rasta bakterija prati stacionarna faza, u kojoj veličina populacije bakterija ostaje konstantna, iako se neke stanice nastavljaju dijeliti, a druge počinju umirati. Stacionarnu fazu slijedi faza smrti, u kojoj smrt stanica u populaciji premašuje stvaranje novih stanica. Duljina vremena prije početka faze smrti ovisi o vrsti i mediju. Bakterije ne moraju nužno uginuti čak i kada izgladnjuju hranjive sastojke i mogu ostati održive dulje vrijeme.

Faze rasta bakterija Bacillus subtilis

Bacillus subtilis faze rasta bakterija A Bacillus subtilis bakterijska kolonija koja pokazuje znakove stacionarnog rasta nakon 48 sati inkubacije na 37 ° C (98,6 ° F; povećana oko 9 ×). A.W. Rakosy / Encyclopædia Britannica, Inc.



Faze rasta bakterija Bacillus subtilis

Bacillus subtilis faze rasta bakterija Nakon 96 sati na 37 ° C (98,6 ° F), a Bacillus subtilis bakterijska kolonija se smežura, što znači da je ušla u fazu smrti (povećana oko 9 ×). A.W. Rakosy / Encyclopædia Britannica, Inc.

Ekologija bakterija

Rasprostranjenost u prirodi

Prokarioti su sveprisutna na površini Zemlje. Nalaze se u svim dostupnim okoliš , od polarnog leda do mjehurića izvori vruće vode , od vrhova planina do dna oceana i od biljka i životinja tijela na šumska tla. Neke bakterije mogu rasti u tlu ili vodi na temperaturama blizu smrzavanja (0 ° C [32 ° F]), dok druge uspijevaju u vodi na temperaturama blizu vrenja (100 ° C [212 ° F]). Svaka je bakterija prilagođena za život u određenom okolišu niša , bilo da se radi o oceanskim površinama, sedimentima blata, tlu ili površinama drugog organizma. Razina bakterija u zraku je niska, ali značajna, posebno kada je prašina suspendirana. U nezagađenim prirodnim vodenim tijelima broj bakterija može biti u tisućama na mililitar; u plodnom tlu broj bakterija može biti u milijunima po gramu; a u izmetu broj bakterija može premašiti milijarde po gramu.



Proučavajte bakterije

Proučavajte ulogu bakterija u organskom razlaganju, od šumskog poda do odlagališta otpada i postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda. Uloga bakterija u organskom raspadanju dio je procesa uklanjanja neželjenih bioloških materijala s odlagališta i vode. Encyclopædia Britannica, Inc. Pogledajte sve videozapise za ovaj članak

Prokarioti su važni članovi njihovih staništa. Iako su male veličine, njihov ogroman broj znači da njihov metabolizam ponekad igra ogromnu ulogu blagotvorno , ponekad štetni - u pretvorbi elemenata u njihovom vanjskom okruženju. Vjerojatno svaka supstanca koja se prirodno pojavljuje, a i mnogi sintetička one, neke vrste bakterija mogu razgraditi (metabolizirati). Najveći želudac krava , burag, je fermentacijska komora u kojoj bakterije probavljaju celulozu u travama i hrani, pretvarajući ih u masne kiseline i aminokiseline, koje su temeljne hranjive tvari koje krava koristi i osnova za proizvodnju krava mlijeka. Organski otpad u gomilama kanalizacije ili komposta bakterije pretvaraju u prikladne hranjive tvari za biljni metabolizam ili u plinoviti metan (CH4) i ugljični dioksid. Ostaci svih organskih materijala, uključujući biljke i životinje, na kraju se pretvaraju u tlo i plinove djelovanjem bakterija i drugih mikroorganizama te se na taj način stavljaju na raspolaganje za daljnji rast.



Mnoge bakterije žive u potocima i drugim izvorima voda , a njihova prisutnost u malim gustoćama naseljenosti u uzorku vode ne mora nužno ukazivati ​​na to da voda nije pogodna za nju potrošnja . Međutim, voda koja sadrži bakterije poput E coli , koji su normalni stanovnici crijevnog trakta ljudi i životinja, ukazuje na to da je kanalizacija ili fekalni materijal nedavno zagađivao taj izvor vode. Takve koliformne bakterije mogu i same biti patogeni (organizmi koji uzrokuju bolesti), a njihova prisutnost signalizira da mogu biti prisutni i drugi, lakše otkriveni bakterijski i virusni patogeni. Postupci korišteni u pročišćavanje vode biljke - taloženje, filtracija i kloriranje - namijenjene su uklanjanju ovih i svih drugih mikroorganizama i zaraznih sredstava koja mogu biti prisutna u vodi koja je namijenjena ljudski potrošnja. Također, pročišćavanje otpadnih voda neophodno je kako bi se spriječilo puštanje patogenih bakterija i virusa iz otpadnih voda u zalihe vode. Postrojenja za pročišćavanje otpadnih voda također iniciraju propadanje organskih materijala (proteina, masti i ugljikohidrata) u otpadnim vodama. Razgradnja organskog materijala od strane mikroorganizama u vodi troši kisik ( biokemijska potreba za kisikom ), uzrokujući smanjenje razine kisika, što može biti vrlo štetno za vodeni svijet u potocima i jezerima koji primaju otpadne vode. Jedan od ciljeva pročišćavanja otpadnih voda je oksidirati što više organskog materijala prije ispuštanja u vodeni sustav, smanjujući na taj način biokemijsku potrebu za kisikom u otpadnoj vodi. Spremnici za probavu otpadnih voda i uređaji za prozračivanje u tu svrhu posebno iskorištavaju metabolički kapacitet bakterija. (Za više informacija o pročišćavanju otpadnih voda, vidjeti radovi na okolišu: Kontrola onečišćenja vode .)

Bakterije u tlu izuzetno su aktivne u provođenju biokemijskih promjena transformiranjem različitih tvari, humusa i minerala koji karakteriziraju tlo. Elementi koji su ključni za život, poput ugljika, dušika i sumpora, bakterije pretvaraju iz anorganskih plinovitih spojevi u oblike koje mogu koristiti biljke i životinje. Bakterije također pretvaraju gotove proizvode biljnog i životinjskog metabolizma u oblike koje mogu koristiti bakterije i drugi mikroorganizmi. The ciklus dušika može ilustrirati ulogu bakterija u provođenju različitih kemijskih promjena. Dušik postoji u prirodi u nekoliko oksidacijskih stanja, kao nitrat, nitrit, plinoviti dušik, nekoliko dušikovih oksida, amonijak i organski amini (spojevi amonijaka koji sadrže jedan ili više supstituiranih ugljikovodika). Fiksiranje dušika je pretvaranje plinovitog dušika iz atmosfere u oblik koji mogu koristiti živi organizmi. Neki bakterije koje fiksiraju dušik , kao što su Azotobacter , Clostridium pasteurianum , i Klebsiella pneumoniae , slobodno žive, dok vrste Rhizobium živjeti u prisan udruživanje s mahunarke . Rhizobium organizmi u tlu prepoznaju i napadaju korijen dlake svog specifičnog biljnog domaćina, ulaze u biljna tkiva i čine korijenov čvor. Ovaj postupak uzrokuje da bakterije izgube mnoge svoje karakteristike slobodnog života. Postaju ovisni o ugljiku koji biljka isporučuje, a u zamjenu za ugljik pretvaraju plin dušika u amonijak, koji biljka koristi za sintezu i rast proteina. Uz to, mnoge bakterije mogu pretvoriti nitrat u amine u svrhu sinteze staničnih materijala ili u amonijak kada se nitrat koristi kao akceptor elektrona. Denitrificirajuće bakterije pretvaraju nitrat u plinoviti dušik. Konverzija amonijaka ili organskih amina u nitrat postiže se kombiniranim aktivnostima aerobnih organizama Nitrosomonas i Nitrobacter , koji koriste amonijak kao donor elektrona.



bakterije koje fiksiraju dušik

bakterije koje fiksiraju dušik (Desno) Korijeni austrijske biljke zimskog graška ( Pisum sativum ) s čvorićima u kojima se nalaze bakterije koje vežu dušik ( Rhizobium ). (Lijevo) Korijenovi korijeni razvijaju se kao rezultat simbiotskog odnosa između rizobijalnih bakterija i korijenovih dlačica biljke. Bakterije prepoznaju korijenove dlake i počinju se dijeliti (A), ulazeći u korijen kroz infekcijsku nit (B) koja omogućava bakterijama da uđu u stanice korijena, koje se dijele i formiraju čvor (C). (Lijevo) Encyclopædia Britannica, Inc .; (desno) fotografija, John Kaprielian, Zbirka Nacionalnog društva Audubon / Istraživači fotografija

U ugljikovom ciklusu biljke i autotrofni prokarioti pretvaraju ugljični dioksid u stanične materijale, a organski se ugljik vraća u atmosferu heterotrofnim životnim oblicima. Glavni proizvod razgradnje mikrobiološkog raspadanja je ugljični dioksid koji nastaje disanjem aerobnih organizama.

Metan, još jedan plinoviti krajnji produkt metabolizma ugljika, relativno je manja komponenta globalnog ciklusa ugljika, ali važan u lokalnim situacijama i kao obnovljivi izvor energije za ljudsku upotrebu. Proizvodnja metana provodi se od strane visoko specijaliziranih i obvezno anaerobnih metanogenih prokariota, koji su svi arheje. Metanogeni koriste ugljični dioksid kao krajnji akceptor elektrona i primaju elektrone iz plinovitog vodika (Hdva). Nekoliko drugih tvari ovi organizmi mogu pretvoriti u metan, uključujući metanol, mravlja kiselina octena kiselina i metilamini. Unatoč izuzetno uskom rasponu tvari koje metanogeni mogu koristiti, proizvodnja metana vrlo je česta tijekom anaerobne razgradnje mnogih organskih materijala, uključujući celulozu, škrob, proteine, aminokiseline, masti, alkohole i većinu drugih supstrata. Stvaranje metana iz ovih materijala zahtijeva da druge anaerobne bakterije razgrade te tvari ili do acetata ili do ugljičnog dioksida i plinovitog vodika, koje zatim koriste metanogeni. Metanogeni podržavaju rast ostalih anaerobnih bakterija u smjesi uklanjanjem plinovitog vodika koji nastaje tijekom njihovih metaboličkih aktivnosti za proizvodnju metana. Potrošnja plinovitog vodika potiče metabolizam ostalih bakterija.

od čega je napravljen bruklinski most

Unatoč činjenici da metanogeni imaju tako ograničenu metaboličku sposobnost i da su prilično osjetljivi na kisik, oni su široko rasprostranjeni na Zemlji. Velike količine metana proizvode se u anaerobnom stanju okruženja , kao što su močvare i močvare , ali značajne količine također se proizvode u tlu i od preživača. Najmanje 80 posto metana u atmosferi proizvedeno je djelovanjem metanogena, a ostatak se oslobađa iz ležišta ugljena ili iz bušotina prirodnog plina.