Wie ernähren sich Bakterien?

Trotz ihres Rufs als Krankheitserreger spielen viele Bakterien eine wichtige Rolle in Ökosystemen, indem sie sich einfach von organischen und anorganischen Molekülen in ihrer Umgebung ernähren und diese verstoffwechseln. Zu ihren Beiträgen gehören die Freisetzung von Nährstoffen, die während der Zersetzung in organischem Material gespeichert sind, der Abbau von Nahrung im Darm von Tieren während der Verdauung, die Fixierung von Stickstoff im Boden durch die Umwandlung von N₂ Gas zu Ammoniak, wodurch Nährstoffe für Pflanzenwurzeln im Boden verfügbar werden und Sauerstoff in die Atmosphäre abgegeben wird. Zwei Faktoren bestimmen die Art und Weise, wie Bakterien Nährstoffe aufnehmen: die Fähigkeit, ihre eigene Nahrung zu produzieren oder die Abhängigkeit von verbrauchen vorgeformter organischer Moleküle und zweitens die Art der Energie, die sie für diese chemischen Reaktionen benötigen, um auftreten.

Zwei allgemeine Methoden ermöglichen die Beschaffung von Nahrung für alle Organismen, einschließlich Bakterien: heterotrophe und autotrophe. Heterotrophe müssen organisches Material wie Glukose von außerhalb der Zelle verbrauchen, um Energie zu gewinnen. Dies geschieht durch den direkten Verbrauch von Kohlenstoff in Form von Kohlenhydratmolekülen. Autotrophe erhalten Nährstoffe, indem sie ihr eigenes organisches Material produzieren, wenn sie Kohlendioxid aufnehmen und es in Kohlenhydrate umwandeln.

Bakterien benötigen eine externe Energiequelle in Form von Lichtenergie oder chemischer Energie, um ihren Stoffwechsel anzukurbeln, was ein weiterer Faktor ist, der ihre Fütterungsmethode bestimmt. Phototrophe sind Bakterien, die Lichtenergie verwenden. Sowohl Photoheterotrophe als auch Photoautotrophe benötigen Sonnenlicht. Photoheterotrophe nutzen Sonnenlicht, um Energie bereitzustellen und verbrauchen organische Verbindungen aus ihrer Umgebung als Kohlenstoffquelle. Photoautotrophe wie Cyanobakterien nutzen Lichtenergie in Form von Sonnenlicht und Kohlendioxid aus ihrer Umgebung und verwenden sie beide, um Kohlenhydrate durch den Prozess der Photosynthese.

Anstelle von Sonnenlicht verlassen sich manche Bakterien als Energiequelle auf Reaktionen mit anorganischen chemischen Verbindungen. Bakterien, die durch chemische Energie angetrieben werden, werden als Chemotrophe bezeichnet. Chemoheterotrophe verwenden organische oder anorganische Verbindungen als Energiequelle. Wie Photoheterotrophe müssen auch sie Kohlenhydrate in Form organischer Verbindungen aufnehmen. Chemoautotrophe verwenden chemische Energie, um in einem Prozess namens Chemosynthese Kohlenhydrate aus Kohlendioxid herzustellen.

Bakterienzellen werden durch eine Zellhülle gebunden, die aus einer inneren Zytoplasmamembran und einer äußeren Zellwand besteht. Die Zellwand ist starr und gibt Bakterien wie die Zellwand in Pflanzenzellen ihre Form. Im Gegensatz zu Pflanzen-, Tier-, Protisten- oder Pilzzellen besitzen Bakterien weder membrangebundene Organellen noch einen Zellkern. Das Fehlen von Organellen verhindert, dass Bakterien Partikel durch Endozytose oder Phagozytose verschlingen, Techniken, die von eukaryotischen Zellen verwendet werden, um externe Materialien zu umhüllen und in die Zelle zu bringen.

Bakterien sind auf Diffusion angewiesen, um Moleküle durch die zytoplasmatische Membran in die Zelle zu bewegen. Bakterien scheiden auch Enzyme aus, um Moleküle außerhalb der Zelle aufzulösen, damit sie die Membran passieren können über Diffusion, ein Prozess, bei dem sich Moleküle von einem Bereich höherer Konzentration in einen Bereich niedrigerer bewegen Konzentration. Manchmal braucht die einfache Diffusion die Unterstützung von Proteinen, damit Moleküle in die Zelle gelangen können, ein Prozess, der als erleichterte Diffusion bezeichnet wird. Eine andere Methode – aktiver Transport – erfordert Energie, um Moleküle zu transportieren, um den Konzentrationsgradienten zu überwinden und Partikeln zu ermöglichen, die Membran zu passieren.