05 Bakterien und Extreme

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?
__________________________________________________________________________________