Bacteriile - componenta esentiala a ecosistemului global terestruBacteriile sunt microorganisme monocelulare lipsite de membrana nucleara, active metabolic si care se divid prin fisiune binara. Aparent, bacteriile par a fi forme de viata relativ simple. De fapt, ele sunt organisme cu un incredibil grad de adaptare, ceea ce presupune complexitate. Multe bacterii se multiplica cu viteze foarte mari, si diferite specii pot utiliza drept hrana o imensa varietate de substante organice, inclusiv fenol, petrol, cauciuc. Multe boli au cauze bacteriologice. Unele au fost descrise in scrieri stravechi chinezesti, cu secole inainte ca Anton van Leeuwenhoek sa descrie prima bacterie in 1677. Poate de aceea majoritatea oamenilor, atunci cand se gandesc la bacterii, le asociaza cu boala. Desi exista astfel de bacterii, responsabile de maladii cum ar fi holera sau tuberculoza, care poarta denumirea de bacterii patogene, asa cum este Streptococcus, bacteria care este prezentata alaturat, aceasta categorie reprezinta doar o mica parte din totalul bacteriilor existente.Bacteriile au un spectru larg de cerinte de mediu si nutritive. Din punctul de vedere a modului in care isi obtin energia bacteriile se impart in:bacterii autotrofe;bacterii heterotrofe. In cazul primelor, carbonul necesar pentru sinteza lipidelor, proteinelor, glucidelor este preluat din proprii surse de hrana. Ele isi gasesc energia necesara din diverse surse: din energia luminoasa (fotoautotrofe), din oxidarea azotului, a sulfului sau a altor elemente (chemoautotrofe). Daca cele din urma sunt relativ rare, cele fotoautotrofe sunt frecvente si includ cianobacteriile, bacteriile sulfuroase verzi, bacteriile sulfuroase purpurii, bacteriile nesulfuroase purpurii. De deosebit interes sunt bacteriile sulfuroase, care utilizeaza hidrogenul sulfurat ca donor de hidrogen in locul apei, ca la majoritatea celorlalte organisme fotoautotrofe. Bacteriile heterotrofe isi obtin energia din metabolizarea compusilor organici existenti in mediu. Ele folosesc zaharuri si aminoacizi pentru sinteza materiilor celulare, fiind deci responsabile de procesele de descompunere a materiei organice. Bacteriile heterotrofe se impart in:saprofite, care utilizeaza materie organica moarta;parazite care se dezvolta in corpul animalelor si al organismelor vegetale. Din punct de vedere al rolului pe care l are oxigenul in dezvoltarea lor se pot distinge urmatoarele categorii de bacterii heterotrofe saprofite:aerobe, care au nevoie de oxigen liber;anaerobe, care folosesc oxigenul din compusi chimici pentru procesele metabolice;facultativ aerobe, ce pot folosi atat oxigen molecular cat si cel legat chimic.Mineralizarea substantelor organice de catre bacterii se realizeaza in procese de degradare si sinteza, care au drept scop realizarea de produsi necesari constructiei materiei celulare proprii, cat si producerii energiei necesare vietii microorganismelor. Aceasta energie se produce in cadrul respiratiei celulare, care nu este altceva decat un sir de dehidrogenari si combinari a hidrogenului rezultat cu oxigenul liber, in cazul respiratiei aerobe, sau cu alte substante, cum ar fi ionii sulfat, azotat, in cazul respiratiei anaerobe.Procesele metabolice in urma carora materiile organice sunt utilizate pentru miscare, biosinteza si crestere sunt de doua tipuri:procese de dezasimilatie, exoterme, care elibereaza energie in urma degradarii substantelor din mediu;procese de asimilatie, endoterme, in care se sintetizeaza componenti celu-lari.Intensitatea acestor procese in cazul microorganismelor este mult mai mare decat in cazul organismelor superioare, potentialul metabolic al microorganismelor din cei 25 de cm superficiali ai solului de pe suprafata unui ha fiind echivalent cu cel al catorva zeci de mii de oameni.Aproape orice substanta din mediu, organica sau anorganica, din care se poate obtine energie, este accesibila metabolismului bacterian. Exista microorganisme care pentru sinteza constituentilor celulari pot folosi substante lipsite de orice inrudire structurala cu componentele chimice ale celulei, sau care sunt chiar toxice, putand folosi substante si materiale care acopera o gama larga de structuri chimice, incepand cu acizii formic, acetic oxalic si sulfuric si terminand cu fenoli, asfalt, parafine, hidrocarburi din petrol, piele, cauciuc, lemn, antibiotice.Reactiile chimice metabolice sunt conditionate de prezenta in mediu a tuturor materialelor necesare pentru sinteza constituentilor celulari si pentru obtinerea energiei, si anume:Surse de C, H, O, N, P, S in cantitati relativ mari;Surse de K, Mg, Mn, Na, Ca, Fe, Cl-, SO42-, PO43- in cantitati mai mici;Surse de Zn, Co, Mo (oligoelemente) in cantitati infime.Energia produsa in procesul de dezasimilatie este utilizata in procesele de asimilatie pentru biosinteza, in urma careia se inregistreaza cresterea celulei. Aceasta crestere nu are loc la infinit, ci se intrerupe la un moment dat, cand se produce diviziunea. Aceasta multiplicare se produce atunci cand raportul dintre volumul celulei si suprafata prin care se face adsorbtia substantelor nutritive si eliminarea produsilor de dezasimilatie atinge o valoare critica.In cazul cand conditiile de mediu sunt optime, cresterea bacteriana este un proces rapid. Timpul de dublare a unei populatii poate fi de 15 - 20 minute pentru multe bacterii. Cresterea microorganismelor este restransa in mod considerabil de urmatorii factori:scaderea pana la epuizare a substantelor nutritive;acumularea in mediu a produsilor de metabolism toxici;modificarile pH-ului mediului.O trasatura specifica bacteriilor este raspandirea extrem de larga, bacterii putand fi gasite in varful muntilor, pe fundul celor mai adanci oceane, si in gheturile Antarcticii. Caracteristica care a permis a atat de larga expansiune este aceea de a se mentine viabile intr-o forma latenta perioade foarte indelungate de timp.Morfologia bacteriilorBacteriile nu au membrana nucleara, asa cum au eucariotele; ADN ul lor formeaza un nod ce poarta denumirea de nucleoid, dar nu exista membrana in jurul acestuia si ADN - ul nu este legat de proteine. Daca la eucariote ADN este organizat in cromozomi, la bacterii ADN-ul formeaza spire. Bacteriile contin mici fragmente de ADN, ce poarta denumirea de plastide, ce pot fi transmise de la o celula la alta; aceast capacitate de a transfera foarte rapid gene explica extraordinara versatilitate a bacteriilor. Astfel, caractere noi, cum ar fi de exemplu rezistenta la antibiotice, se pot foarte rapid raspandi in intreaga populatie bacteriana. Aceasta caracteristica face ca bacteriile sa fie favoritele specialistilor in inginerie genetica, deoarece gene noi pot fi inserate in bacterii extrem de usor.O alta caracteristica a bacteriilor este absenta organitelor care sa fie retinute de o membrana, cum ar fi cloroplastele sau mitocondriile de la eucariote. Totusi, bacterii fotosintetice, cum ar fi cianobacteriile, o prezinta membrana exterioara extrem de cutata, pentru a creste suprafata exterioara prin care are loc procesul de fotosinteza. Membrana celulara este inconjurata de un perete celular (exceptie face o singura categorie de bacterii, numite Mollicute), care include substante micoplasmatice. Compozitia peretelui celular variaza mult de la specie la alta si reprezinta un important criteriu de identificare. Bacteria prezentata in diagrama din stinga are un perete celular format din peptidoglucan (un carbohidrat polimer reticulat cu proteine); aceste bacterii retin coloratia violeta atunci cand se picura un colorant numit Cristal violet, si sunt cunoscute ca Gram - pozitive, dupa numele bacteriologului danez care a descoperit acest procedeu de colorare. Alte bacterii au un perete dublu, cu un perete subtire interior de peptidoglucan si un perete exterior din carbohidrati, proteine, lipide. Acestea nu se coloreaza cu Cristal violet si poart denumirea de Gram - negative. In imaginea din dreapta este prezentata una din cele mai tipice bacterii, E. coli.Rolul bacteriilor in ecosistemul PamantuluiBacteriile joaca un rol important in ecosistemul global al Terrei. Acest ecosistem, atat terestru cat si acvatic, depinde in foarte mare masura de activitatea bacteriilor. Ciclul nutrientilor din natura, cum sunt carbonul, azotul, sulful, este completat prin activitatea lor neobosita.Carbonul organic din organismelor moarte ar epuiza rapid dioxidul de carbon din atmosfera daca nu ar fi activitatea microorganismelor descompunatoare. Fara dioxid de carbon in atmosfera, nu ar mai fi posibila cresterea plantelor, deci lantul trofic s-ar rupe iremediabil. Atunci cand organismele mor, carbonul pe care tesuturile lor il contine nu mai este disponibil pentru numeroase fiinte vii. Descompunerea este procesul prin care bacteriile permit reintoarcerea nutrientilor in mediu, reintegrarea lor in circuitele naturii. O alta importanta activitate a bacteriilor este legata de circuitul azotului in natur. Plantele, pentru crestere, au nevoie de azot, dar nu pot utiliza azotul atmosferic. Calea principala prin care azotul devine disponibil pentru plante este fixarea azotului de bacterii cum ar fi Rhizobium si de cianobacterii cum ar fi Anabaena, Nostoc, si Spirulina, prezentata in imagine. Aceste bacterii convertesc azotul in azotati si azotiti. Anumite plante, cum ar fi legumele de exemplu, folosesc din plin acest proces, gazduind bacteriile nitrificatoare in tesuturile lor. In sens contrar actioneaza bacteriile denitrificatoare, care transforma azotatii si azotitii inapoi in azot molecular sau in oxid de azot. Cand colonii de astfel de bacterii se dezvolta intr-un sol, ele pot epuiza rapid nutrientii din sol, facandu-l neroditor.Bacterii - arhitecte ale atmosferei terestreCianobacteriile (cunoscute ca alge verzi - albastre, fara ca acestea sa fie intr-adevar alge) sunt vechi de 3,5 miliarde de ani, reprezentand cele mai "batrane" forme de viata de pe Terra. Multe depozite de petrol din era Protorozoica sunt atribuite activitatii cianobacteriilor. De asemenea, aceste bacterii au avut rol esential in evolutia vietii pe aceasta planeta de-a lungul istoriei. Atmosfera de oxigen de a carei existenta depinde viata asa cum o cunoastem astazi a fost generata de un numar infinit de mare de cianobacterii in erele protorozoica si arhaica. Inainte, atmosfera avea o compozitie chimica diferita, complet improprie vietii majoritatii organismelor actuale. O alta contributie de prim ordin a cianobacteriilor este aparitia plantelor. Cloroplastul prin intermediul carora plantele se hranesc poate fi considerat o cianobacterie dezvoltata in interiorul celulei plantei. In perioada protorozoica sau in cambrianul timpuriu cianobacterii au trait in simbioza cu eucariote, producand hrana pentru ambele organisme in schimbul adapostului capatat. Acest eveniment este cunoscut ca endosimbioza si constituie originea mitocondrilor eucariotici.