Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und Umwelt

Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und Umwelt
Mikroorganismen als Lebewesen unterscheiden sich hauptsächlich durch folgende
Kriterien von der unbelebten Materie:
Sie sind aus organischen Molekülen, nämlich Proteinen, Nukleinsäuren,
Kohlenhydraten und Lipiden aufgebaut. (Siehe auch Seite )
Sie bestehen aus Zellen als kleinste Einheiten des Lebens.
Sie führen Stoff- und Energiewechsel durch, worunter alle chemischen und
energetischen Umsetzungen in der Zelle verstanden werden.
Sie wachsen als Ergebnis des Stoffwechsels, indem die Masse einer Zelle oder bei
Vielzellern die Masse des Gesamtorganismus zunimmt.
Sie pflanzen sich fort, entweder ungeschlechtlich (asexuell) durch Zweiteilung oder
geschlechtlich (sexuell) durch Verschmelzung von männlichen und weiblichen
Geschlechtszellen (Game-ten)zu einer Zelle, der Zygote, aus der ein neues Individuum
entsteht.
Sie besitzen die Fähigkeit zur Bewegung, sowohl innerhalb des Organismus zum
Stofftransport als auch zur Ortsveränderung des ganzen oder eines Teiles des
Lebewesens.
Sie reagieren auf Reize, d. h. auf bestimmte Umwelteinflüsse wie Licht, Schall,
Temperatur, Schwerkraft, Erdmagnetismus und Chemikalien.
Elemente des Lebens
Von den 114 Elementen, die heute bekannt sind, sind nur wenige regelmäßig in großen
Mengen in den Lebewesen vorhanden. Sie werden als Makro- oder Hauptelemente
bezeichnet und setzen sich zusammen aus: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff,
Schwefel, Phosphor, Calcium, Magnesium, Kalium, Eisen zuzüglich Natrium und Chlor bei
Tieren.
Ebenfalls regelmäßig, aber in geringen Mengen sind die Mikro- oder Spurenelemente am
Aufbau der Lebewesen beteiligt. Zu den Spurenelementen gehören:
Kupfer, Mangan, Zink, Molybdän und Kobalt sowie Fluor, Jod und Selen bei Tieren und
Chlor und Bor bei Pflanzen. Die Elementaranalyse der Bakterienzelle ist in Tab. 1.1
dargestellt.
Tab. 1.1 Elementaranalyse der Bakterienzelle:
Element
Kohlenstoff (C)
Anteil in %
der Bakterienzelle
50
Sauerstoff (O)
20
Stickstoff (N)
14
Wasserstoff (H) 8
Phosphor (P)
3
Schwefel (S)
1
Kalium (K)
1
Calcium (Ca)
0,5
Magnesium
(Mg)
Eisen (Fe)
0,5
0,2
Stoffliche Grundlagen des Lebens
Die wichtigste chemische Verbindung der Lebewesen stellt das Wasser als Lösungs- und
Transportmittel dar. Der Mensch besteht aus etwa 60 %, Bakterien aus 70-85 % und Quallen
aus 96 % und mehr Wasser. Die überwiegend aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff,
Stickstoff, Schwefel und Phosphor bestehenden organischen Verbindungen der Lebewesen
gehören zu den Stoffklassen der:
Proteine (Eiweiße)
Nukleinsäuren (Kernsäuren)
Kohlenhydrate und
Lipide (Fette)
Während bei den Tieren mengenmäßig die Proteine dominieren, sind es bei den Pflanzen
die Kohlenhydrate. Die stoffliche Zusammensetzung der Bakterienzelle zeigt die Tab. 1.2.
Tab. 1.2 Stoffliche Zusammensetzung einer Bakterienzelle
Verbindung/
Anteil in %
Stoffklasse
der Zellmasse
Wasser
Proteine
Nukleinsäure
Kohlenhydrate
Lipide
Rest
80%
10%
3%
2%
2%
3%
Begriffsbestimmungen
Alle Lebewesen (Organismen), ob Mikroorganismen, Pflanzen oder Tiere sind in
vielfältigsten Beziehungen miteinander und mit ihrer jeweiligen Umwelt verbunden.
Die nachfolgenden Begriffe definieren diese Beziehungen, die in Abb. 1.2 schematisch
dargestellt sind.
Ökologie ist die Wissenschaft von den wechselseitigen Beziehungen zwischen Organismen
und ihrer Umwelt.
Umwelt ist charakterisiert durch alle abiotischen (geophysikalischen, geochemischen) und
biotischen Faktoren (Lebewesen) mit denen ein Organismus in Beziehung steht.
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Bedeutung der Mikroorganismen in der Natur (Stoffkreisläufe)
Kreislauf des Kohlenstoffs
Kohlenstoff, das in der Natur wichtigste chemische Element, ist in der Natur nur zu etwa 0,2
% in der festen Erdrinde enthalten. Alle organischen Substanzen jedoch, aus denen sich die
Organismen aufbauen, bestehen im Wesentlichen aus Kohlenstoffverbindungen. Im
Kreislauf des Kohlenstoffs kommt den Mikroorganismen eine bedeutende Rolle für die
Erhaltung des Lebens auf der Erde zu. Das in der Luft enthaltene Kohlendioxid (0,03 %)
dient den grünen Pflanzen unter Energiezufuhr (Sonnenenergie) und Sauerstoffbildung
während der Photosynthese als Kohlenstoffquelle beim Aufbau organischer
Kohlenstoffverbindungen der energiereichen Biomasse. Diese wird im Baustoffwechsel zu
Bestandteilen des Pflanzenkörpers, mit dem sie von Tieren aufgenommen und in
Bestandteile des Tierkörpers umgebaut wird. Aus den organischen Kohlenstoffverbindungen
des Tierkörpers wird der Kohlenstoff entweder durch Atmung der Mikroorganismen unter
Sauerstoffzufuhr oder bei der Zersetzung (Mineralisation) der toten Organismen durch
Gärungsprozesse als CO2 freigesetzt. In beiden Fällen erfolgen die Prozesse unter
Energiegewinn.