Bacteria (Bakterien)

Domäne Bacteria (Bakterien)

Als Destruenten bauen sie komplizierte organische Stoffe zu einfachen anorganischen Bestandteilen ab. Als Produzenten oder autotrophe Prokaryota können sie nicht nur Kohlenstoffdioxid zu komplizierteren Kohlenstoffverbindungen aufbauen, es gelingt ihnen auch, die Elemente Stickstoff, Phosphor und Schwefel aus anorganischen Verbindungen in Körpersubstanz zu überführen. Zur Energiegewinnung dient nicht nur das Sonnenlicht, viele Bakterien können sich auch die bei chemischen Reaktionen frei werdende Energie nutzbar machen, z. B. bei der Oxidation von zweiwertigem zu dreiwertigem Eisen (Eisenbakterien).

Die Zelle der Bacteria ist meist nicht viel größer als 1 µm. Charakteristische Formen sind Kugeln, Stäbchen, gekrümmte Stäbchen, spiralförmige Längsstrukturen usw. Es kommen aber auch fädigen und komplizierteren räumlichen Strukturen vor, und die Zellen können sich zu größeren Zellaggregaten zusammenschließen. Dabei kommt es auch zur Differenzierung in verschiedene Zellformen.

Ein echter, durch Kernmembran abgegrenzter Zellkern fehlt ebenso wie Chromosomen, Kernspindel und Centriolen. Es gibt keine Mitochondrien und Plastiden und die Geißeln (Flagellen) unterscheiden sich im Aufbau von denen der Eukaryota. Außer einem großen ringförmigen DNA-Molekül („Bakterienchromosom”, auch Nucloid genannt) enthalten Prokaryota-Zellen kleinere DNA-Ringe, sogenannte Plasmide, die relativ leicht von einer Zelle auf eine andere übertragen werden können. In der Gentechnologie werden sie deshalb als Vektoren zur Übertragung und Vermehrung externer Gene genutzt.

Auf der Urerde entstanden Bakterienpigmente vermutlich zunächst als Lichtschutz. Sekundär „lernten“ die Bakterien, die absorbierte Lichtenergie zum Aufbau chemischer Energieäquivalente zu nutzen. So entstanden Bakterien, die Elektronen vom Schwefelwasserstoff auf ${\text{NADP}}^{\text{+}}$ übertragen konnten. Das entstehende Reduktionsäquivalent NADPH wurde dann verwendet, um Kohlenstoffdioxid zu Zuckern und Polysacchariden zu reduzieren. Etwas später entwickelten sich die Cyanobakterien (Blaugrüne Bakterien), die in der Lage waren, als Wasserstoffdonator bei der Fotosynthese das Wassermolekül zu nutzen.
Zunächst wurde der bei der Wasserspaltung freigesetzte Sauerstoff zur Oxidation von Molekülen der Erdkruste, insbesondere von Eisenverbindungen, verwendet. Danach reicherte sich ${\text{O}}_{\text{2}}$ in der Atmosphäre an. Nun konnte auch die Zellatmung – eine sehr effektive Form der Energieumsetzung in Lebewesen – entwickelt werden.
Nach der genetischen Verwandtschaft lassen sich etwa 10 bis 12 verschiedene Bakteriengruppen unterscheiden, z. B. die Proteobakterien, grampositive Bakterien, Spirochaeten, Chlamydien und Cyanobakterien:

Proteobakterien

• Purpurbakterien: fotoautotrophe und fotoheterotrophe Organismen mit Bakterienchlorophyll.
• Chemoautotrophe Proteobakterien können anorganische Substanzen wie Ammoniak, Schwefelwasserstoff oder Wasserstoffmoleküle als Energiequelle nutzen. Nitrifikanten (Nitrobacter) produzieren Nitrat aus Nitrit bzw. Ammoniak.
• Chemoheterotrophe Proteobakterien spielen im Stickstoffkreislauf von Ökosystemen eine wichtige Rolle. Wichtige Endosymbionten stellt die Gattung Rhizobium in den Wurzelknöllchen von Leguminosen. Endobakterien wie Escherichia coli leben im Darmtrakt von Tieren.

Grampositive Bakterien

• Actinomyceten („Strahlenpilze“) sind fädige Bakterien, die v. a. im Boden häufig vertreten sind. Streptomyces ist ein wichtiger Antibiotikaproduzent. Auch hier kommen endosymbiontische Luftstickstoff-Assimilierer vor (Gattung Frankia).
• Endosporenbildner wie der Milzbranderreger (Bacillus anthracis) und der Verursacher von Fleischvergiftungen Clostridium botulinum.
• Mycoplasmen sind winzige Endoparasiten, Mycoplasma pneumoniae bewirkt beim Menschen eine Form der Lungenentzündung.

Spirochaeten

Diese Bakterien sind schraubenförmig und werden bis zu 250 µm lang, können dabei aber sehr dünn bleiben. Treponema pallidum ist der Erreger der Syphillis, Borrelia burgdorferi der Erreger der Borreliose.

Chlamydien

Chlamydien sind obligate intrazelluläre Tierparasiten. Sie erhalten ATP von der Wirtszelle. Chlamydia trachomatis verursacht Geschlechtskrankheiten.

Cyanobakterien

(Blaugrüne Bakterien, „Blaualgen“)
Fotoautotrophe Bakterien, deren Fotosyntheseapparat dem der autotrophen Eukaryoten sehr stark ähnelt (Chlorophyll a und b, zwei Fotosysteme, ${\text{O}}_{\text{2}}$ als Nebenprodukt). Cyanobakterien können in Süß- und Salzwasser zum Teil giftige „Algen“blüten hervorrufen. Einige Gattungen wie Spirulina werden in Kulturen zur Biomasseproduktion genutzt.