כיצד חיידקים הם חלק ממיחזור ופירוק ביולוגי?

חיידקים צורכים חומר אורגני ותרכובות אחרות ומחזרים אותם לחומרים שיכולים לשמש אורגניזמים אחרים. חיידקים יכולים לחיות בכל מקום שיש בו מים. הם רבים יותר, יכולים להתרבות מהר יותר ויכולים לשרוד בתנאים קשים יותר מכל אורגניזם אחר על כדור הארץ. הביומסה העצומה שלהם, הרבגוניות ויכולתם למחזר את היסודות הכימיים הופכים אותם למרכיב חשוב במערכות אקולוגיות. זה נכון במיוחד בסביבות קיצוניות, שבהן חיידקים מבצעים עבודה בדרך כלל על ידי מגוון של אורגניזמים.

חיידקים כימותרוטרופיים מקורם בפחמן ובאנרגיה הדרושים להם בכדי לשרוד מחומרים אורגניים. חיידקים אלה הם מתפרקים, מעכלים את מזונם על ידי שחרור אנזימים לסביבה סביבם. האנזימים מפרקים חומר אורגני לתרכובות פשוטות, כגון גלוקוז וחומצות אמינו, העלולות להיספג על ידי החיידקים. מכיוון שהעיכול מתרחש מחוץ לתא החיידק, הוא מכונה עיכול חוץ-תאי. חיידקים אחרים, הנקראים כימוטוטרופים, מקבלים את האנרגיה שלהם מכימיקלים אנאורגניים ואת הפחמן שלהם מפחמן דו חמצני, או מתרכובת קשורה. פוטו אוטוטרופים משיגים אנרגיה מאור. חיידקים אלה אינם מתפרקים חומר אורגני אך הם חשובים למחזור התזונה.

חיידקים הם מרכיב מרכזי במחזורי הפחמן והחנקן. כמו צמחים, פוטוטוטרופים וכימותרוטרופים לוקחים פחמן דו חמצני מהאוויר והופכים אותו לפחמן סלולרי. משמעות הדבר היא שפחמן הופך קבוע או מועבר לחיידקים. כימותרוטרופים ממלאים תפקיד הפוך במחזור הפחמן ומשחררים פחמן דו חמצני לסביבה כאשר הם מתפרקים חומר אורגני. חיידקים מקבעים חנקן, כמו ציאנובקטריה, משלבים חנקן מהסביבה בחומצות אמינו ובחומר תאי אחר. ישנם מקבעי חנקן היוצרים קשרים סימביוטיים עם צמחים, ומספקים להם חנקן ומקבלים בתמורה פחמן. Chemoheterotrophs ממלאים תפקיד חיוני במחזור החנקן בגלל עיכול של חומר אורגני מחוץ לתא משחרר חנקן מסיס לסביבה, שם הוא יכול להילקח על ידי צמחים וקיבוע חנקן בַּקטֶרִיָה.

חיידקים מצוידים יותר בפירוק חומר צמחי קשה מאשר סוגים אחרים של פירוקים. חיידקים יוצרים מושבות, המכונות ביופילמים, עם מיני חיידקים אחרים, פטריות ואצות. החיים בפילם ביולוגי מספקים הגנה ומאפשרים שיתוף של חומרים מזינים וחומר גנטי. ביופילמים מתחילים את תהליך הפירוק במערכות אקולוגיות רבות. בנחלים ובאגמים, חסרי חוליות רבים במים מתוקים אינם יכולים להשתמש בעלים עד שהם "הותנו" על ידי ביופילם. מיזוג מיקרוביאלי מרכך עלים על ידי פירוק תרכובות כימיות מורכבות, כמו ליגנין ותאית. זה הופך את העלים לקלים יותר לעיכול של חסרי חוליות. ביופילמים מספקים אותו סוג שירות במערכות אקולוגיות יבשות.

רוב האורגניזמים דורשים חמצן כדי לשרוד, אך חמצן לא תמיד זמין בסביבה. סביבות חסרות חמצן מכונות אנאירוביות. סביבות שיכולות להיות אנאירוביות כוללות את קרקעית האוקיאנוס, שכבת פסולת העלים על רצפות היער ואדמה. סביבות אנאירוביות יכולות להיגרם כאשר חמצן אינו יכול לנוע בחומר, למשל באדמה צפופה, או כאשר חיידקים צורכים חמצן מהר יותר מכפי שניתן להחליפו. למרבה המזל, פירוק ומחזור תזונתי מסוגלים להמשיך בהיעדר חמצן. חיידקים רבים מסוגלים להחליף חמצן לחומרים אחרים, כמו יונים חנקתי וסולפט. יש קבוצות כמו המתנוגנים, המייצרים מתאן, אינן יכולות לסבול חמצן כלל.