05 Bakterien und Extreme
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05 / Bakterien Bakterien und Extreme Lehrerinformation 1/7 Arbeitsauftrag Die Lehrperson verteilt die Lesetexte und fordert die Schüler auf, aus den Texten einen Kurzvortrag vorzubereiten. Themenwahl: Fakten Bauplan Stoffwechsel – Ernährung Extremisten/Leben auf anderen Planeten Die Sch‘ tragen nach Vorbereitung im Plenum vor. Es werden je 2 Lösungen angehört / angeschaut; die Sch‘ lösen anschliessend die Fragen Ziel Fakten und Funktionen erfassen Selbstkompetenz im Vorbereiten einer eigenen Präsentation Vortrag umsetzen Material Arbeitsblätter Sozialform Einzelarbeit und Einzelarbeiten (auch als Hausaufgabe geeignet) Zeit 60‘ (je nach Vortragslängen) Als erschwerte Aufgabe kann den Fortgeschrittenen folgende Fragestellung mitgegeben werden: Zusätzliche Informationen: Stelle Vergleiche an zwischen Bakterien, Viren und pflanzlichen Zellen! Wie pflanzen sich Viren fort (bzw. wie sorgen sie für ihren Fortbestand? Wie pflanzen sich pflanzliche Zellen fort? Wie vermehren sich tierische Zellen? Entwickle ein eigenes Bakterien-Kreuzworträtsel (siehe Vorlage) 05 / Bakterien Bakterien und Extreme Arbeitsblatt 2/7 Aufgabe: Lies die Texte. Diskutiert euer Wissen zu den Bakterien in der Klasse. Bauplan und Steckbrief eines Bakteriums Bakterien sind die kleinsten Mikroorganismen in unserem eigenen Stoffwechsel. Fakten: 0,5–20 µm gross (ein Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter) 0,45 Picogramm schwer 100 Mio. Bakterien passen auf einen Stecknadelkopf gehören zu den Prokaryoten haben keinen echten Zellkern 700 g des menschlichen Körpergewebes bestehen aus Bakterien ca. 6000 Bakterienarten sind allgemein bekannt Jedes Bakterium besteht aus nur einer Zelle. Die Zelle wird von einer Hülle begrenzt, der Zellmembran. Sie umgibt das Zellplasma. Im Zellplasma laufen alle Prozesse ab, die die Zelle zur Energiegewinnung und zur Vermehrung benötigt. Dort befinden sich z.B. das Erbmaterial (DNA) und die Zellbestandteile, die zur Herstellung von Eiweissen oder Zuckern notwendig sind. Bei den meisten Bakterien wird die Zellmembran zusätzlich noch von einer Zellwand umgeben, die den Zellen ihre Festigkeit und ihr charakteristisches Aussehen verleiht. Manche Bakterien bewegen sich mit zwei fadenförmigen Geisseln (lat. Flagellum) fort. 05 / Bakterien Bakterien und Extreme Arbeitsblatt 3/7 Bau der Bakterien Kapsel Pili und Fimbrien Zellwand Zellmembran Ribosom Kernäquivalent Plasmide Cytoplamsa Geiseln periplasmatischer Raum Kapsel besteht aus Polysacchariden und Peptiden schützt Bakterium vor Phagozytose, Austrocknung verhindert, dass unsere Abwehrzellen sie erkennen Eiweissfäden auf der Zelloberfläche Haftorgane zur Anheftung an Materie besitzen nicht alle Bakterien ist die Begrenzung nach aussen besteht aus Murein ist unterschiedlich dick gibt dem Bakterium Form und Schutz osmotische Druckdifferenz wird reguliert manche Bakterien besitzen keine Zellwand ist semipermeabel (halbdurchlässig) verhindert unkontrolliertes Einströmen von Wassermolekülen ermöglicht Stofftransport ins Bakterieninnere in ihr sitzen wichtige Enzyme (Proteasen, Lipasen, Nukleasen) Bakterien geben ihre Verdauungsenzyme nach aussen ab. Diese werden dann übers Innere der Zellmembran in die Zelle geleitet besitzt elektronisches Potenzial, das Ionentransporte ermöglicht stabilisiert den Energiehaushalt der Bakterien Proteinsynthese Aufgabe: Eiweissherstellung (Proteine) Nukleotid stark verknäulte DNA Genom der Bakterien genetische Strukturen, welche Resistenzen und Virulenzgene in sich tragen (gegen Antibiotika…) ringförmige DNA-Strukturen enthalten gelöste Stoffe Reservestoffe (Glykogen, Lipide) besitzen nicht alle Bakterien dienen der Fortbewegung bestehen aus Proteinfäden Raum zwischen Plasma und Zellwand 05 / Bakterien Bakterien und Extreme Arbeitsblatt 4/7 Stoffwechsel und Ernährung von Bakterien Sporen (bakterielle Konserven) Bakterien können Sporen bilden und sich verkapseln Sporen sind eine resistente Dauerform von Bakterien, die auch unter widrigen Bedingungen (Klimaveränderungen, Trockenheit, Alkohol, knappe Nahrungsvorräte) überdauern können sichern das Überleben über lange Zeit, da sie jahrzehntelang keimfähig bleiben können bei günstigeren Lebensbedingungen fällt die Eiweisshülle weg, Stoffwechsel und Vermehrung starten wieder Temperatur können sich anpassen es gibt kälteliebende und hitzeliebende Bakterien besonders gefährlich für den Menschen sind die mittlere Temperaturen liebenden Bakterien (pathogen) Sauerstoff obligat Aerob benötigen O2, um aus Glukose und anderen Energiequellen Energie zu gewinnen fakultativ Anaerob wachsen in Gegenwart von O2 auf, brauchen ihn aber nicht Enterobakterien obligat Anaerob wachsen nur ohne Sauerstoff 05 / Bakterien Bakterien und Extreme Arbeitsblatt 5/7 Saure oder basische Umgebung bevorzugen den pH-Wert von 6 bis 9 für manche ist 7 optimal Lactobazillus pH-Wert 4 Licht und Wasser benötigen kein Licht, ausser chemoautotrophe Bakterien UV-Licht könnte Erbgut schädigen benötigen Wasser Sporenbildner können auch ohne Wasser einige Zeit auskommen Vermehrung von Bakterien Bakterien benötigen in neuer Umgebung nur eine kurze Anpassungszeit und fangen dann sofort mit Zellteilung an (1 Mutterzelle ergibt 2 Tochterzellen) Unter optimalen Wachstumsbedingungen teilen sich gewisse Bakterien alle 20 Minuten (Escherichia coli). Das bedeutet, dass aus einer Zelle nach 20 Minuten 2 Zellen entstanden sind, nach 40 Minuten 4 Zellen, nach 60 Minuten 8 Zellen usw. ungeschlechtliche Vermehrung Das Temperaturoptimum der medizinisch relevanten Bakterien liegt meist um 36–43° C Extremisten … Einige Bakterien, sogenannte “Extremophile“, können in kochend heissen Quellen (bis zu 113°C) oder extremen Salzlaugen (bis zu 25% NaCl) leben, ja sogar nur dort überleben. Manche Formen sind wiederum in sauren oder alkalischen Umgebungen zu finden, die für die meisten anderen Organismen absolut tödlich wären. Das sind Bedingungen, wie sie auch auf der noch jungen Erde zu finden waren, als sich das Leben zu entwickeln begann. Sie haben ihren Namen "Extremophile" nach dem griechischen Wort „philos“ für lieb, angenehm und unterscheidet z.B. in Thermophile (Hitzeliebende), Halophile (Salzliebende) oder Azidophile (Säureliebende). Seit der Entdeckung dieser Extremisten sind sie Objekte intensiver biologischer Forschung. Die Frage stellt sich, wie die Mikroorganismen unter derart lebensfeindlichen Bedingungen überleben können und welche biochemischen und genetischen Besonderheiten ihnen dabei helfen. 05 / Bakterien Bakterien und Extreme Arbeitsblatt 6/7 Leben auf anderen Planeten Wenn es Bakterien wie die Extremophilen gibt, könnte es dann nicht auch Mikroben geben, die den unwirtlichen Bedingungen anderer Planeten oder gar denen des Weltalls trotzen? Gibt es vielleicht Lebewesen ausserhalb der Erdatmosphäre? Aufsehenerregend war 1996 die Veröffentlichung von Bildern des Marsmeteoriten ALH84001. Wissenschaftler glaubten darauf fossile Minimikroben zu erkennen. Möglicherweise ein Hinweis, dass auf dem Mars also doch Leben möglich war oder ist. Etliche Forscher denken dennoch, dass in Meteoritengestein verpackte Minibakterien durch den Weltraum reisen könnten, dass sogar das Leben auf der Erde so entstanden sei… Die meisten Wissenschaftler sind jedoch skeptisch. Ein Haupteinwand gegen die vermeintlichen "Minibakterien" im Mars- oder Meteoritengestein ist ihre Grösse. Mindestgrösse für Lebewesen Auch die angeblichen Marsorganismen sind um einiges kleiner, als die kleinsten Bakterien auf der Erde. Unter Mikrobiologen besteht weitgehend Einigkeit über die Mindestgrösse von Lebewesen, da die Grundelemente für Vererbungs- und Stoffwechselvorgänge eine bestimmte Ausdehnung nicht unterschreiten können. Die kleinsten bekannten Bakterien sind 200 Nanometer gross. Erheblich kleinere Organismen sind nach der Meinung der meisten Mikrobiologen unmöglich. Eine von der NASA initiierte Tagung am National Research Council beschäftigte sich 1998 mit der Frage, wie klein Organismen sein können. Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass eine freilebende Zelle nicht kleiner als 100 Nanometer sein könne. Alle chemischen Strukturen, die für den Ablauf der Zellvorgänge notwendig sind, würden in einem kleineren Organismus keinen Platz finden. Schon allein die Ribosomen, die für die Produktion von Proteinen notwendig sind, haben einen Durchmesser von 25 Nanometern. Da Bakterien so klein sind, kann man sie nur unter dem Mikroskop betrachten. 05 / Bakterien Bakterien und Extreme Arbeitsblatt 7/7 Aufgabe: Beschrifte die schematisch dargestellte Bakterienzelle: Wie viele Zellen kann eine Zelle in 80 Minuten bilden? __________________________________________________________________________________ Und wie viele Zellen kann eine Zelle in 2 Stunden bilden? __________________________________________________________________________________ Nach 12 Stunden entspräche die Zellmasse theoretisch der Grösse eines Apfels, nach ca. 36 Stunden der Masse der Erde. Warum ist die Erde dann noch nicht von Bakterien bedeckt? __________________________________________________________________________________ Wie viele Bakterien müsste man aneinanderreihen, um einen Millimeter Länge zu erhalten? __________________________________________________________________________________
