Grand Prismatic Spring, Yellowstone National Park: det orange området är tillverkat av termofila mikrober som innehåller orange pigment som kallas karotenoider. |

Intressanta och olika organismer

Bakterier är fascinerande mikrober. Många tänker på dem som helt enkelt orsaker till sjukdomar. Det är sant att vissa av dem kan göra oss sjuka, men många är ofarliga eller till och med gynnsamma. Forskare upptäcker att vissa bakterier har fantastiska förmågor som är intressanta i sig och som kan vara till hjälp för människor i framtiden.

Även om de flesta bakterier är gjorda av en enda mikroskopisk cell är de inte så enkla som man tidigare trodde. Organismerna kan kommunicera med varandra via frisläppande och upptäckt av kemikalier och kan samordna deras handlingar. Vissa kan överleva under extrema miljöförhållanden som skulle döda människor; vissa kan producera ljus eller elektricitet; och vissa kan upptäcka och svara på magnetfält. Flera slag är rovdjur som attackerar andra bakterier.

Den här artikeln beskriver ovanliga egenskaper hos några av de kända bakterierna. När forskarna utforskar naturen hittar de nya bakterier och lär sig mer om de tidigare identifierade. De kan snart upptäcka många fler överraskande fakta om mikroberna i vår värld.

Detta är ett färgat foto av Escherichia coli (E. coli). Vissa stammar av denna bakterie gör oss sjuka och andra gör användbara ämnen i tarmen. |

Studier har visat att bakterier faller i två distinkta grupper, baserat på deras olika egenskaper. Dessa grupper är kända som kungariket Eubacteria och Archaebacteria eller som domänerna Bacteria och Archaea. I det senare klassificeringsschemat anses inte arkeoner (medlemmar i Archaea-domänen) vara bakterier.

Extremophiles: Att leva under extrema miljöförhållanden

Vissa bakterier lever i extrema miljöer och kallas extremofiler. "Extrema" miljöer (enligt mänskliga standarder) inkluderar de med en mycket hög eller mycket låg temperatur, de med högt tryck, salthalt, surhet, alkalinitet eller strålningsnivå eller de som inte har syre.

Mikrober kända som arkeoner lever ofta under extrema förhållanden. Arkeoner liknar bakterier under ett mikroskop, men de är mycket olika genetiskt och biokemiskt. De kallas ofta bakterier, men de flesta mikrobiologer anser att denna term är felaktig.

Termofila bakterier lever runt Champagne Vent i Marianas-diken. |

Exempel på extremofiler

  • Halofila bakterier lever i salta miljöer.
  • Salinibacter ruber är en stavformad, orange-röd bakterie som växer bäst när den lever i dammar som innehåller 20% till 30% salt. (Havsvatten innehåller cirka 3, 5 viktprocent salt.)
  • Vissa halofila arkeoner överlever mycket bra i vatten som nästan är mättat med salt, såsom Döda havet, salt sjöar, naturliga saltlaken och pooler med förångande havsvatten. Täta populationer av arkeoner kan utvecklas i dessa livsmiljöer.
  • Halofila arkeoner innehåller ofta pigment som kallas karotenoider. Dessa pigment ger cellerna en orange eller röd färg.
  • Termofila bakterier lever i varma miljöer
  • Hypertermofila bakterier lever i extremt heta miljöer som har en temperatur på minst 60 ° C (140 ° F). Den optimala temperaturen för dessa bakterier är högre än 80 ° C (176 ° F).
  • Bakterier som lever runt hydrotermiska ventiler i havet kräver en temperatur på minst 90 ° C (194 ° F) för att överleva. En hydrotermisk ventil är en spricka i jordytan från vilken geotermiskt uppvärmt vatten kommer ut.
  • Vissa arkeoner överlever runt djupa vattenventiler vid en temperatur över 100 ° C (212 ° F). Det höga trycket förhindrar att vattnet kokar.
  • 2013 upptäckte forskare en bakterie kallad Planococcus halocryophilus (OR1-stam) som lever i permafrost i Högarktis. Bakterien reproducerades vid -15 ° C - en låg temperaturrekord hittills - och kunde överleva vid -25 ° C.
  • Deinococcus radiodurans, ibland kallad "världens tuffaste bakterie", kan överleva kyla, syra, uttorkning, ett vakuum och strålning som är tusen gånger starkare än en människa tål.
Deinococcus radiodurans i en tetradform. |

Bioluminescens: producerar ljus

Bioluminescerande bakterier finns i havsvatten, i sediment på havsbotten, på kropparna av döda och förfallna havsdjur och inuti havsdjur. Vissa marina djur har specialiserade ljusorgan som innehåller bioluminescerande bakterier.

Ficklampfisken

En ficklampefisk är ett intressant exempel på ett djur som innehåller självlysande bakterier. Det finns ett antal olika typer av ficklampor som alla tillhör samma familj (Anomalopidae). Djuren har ett bönformat ljusorgan eller fotofor under varje öga. Ljuset från orgelet slås på och av som en ficklampa.

I vissa fiskar "slås ljuset" av ett mörkt membran som täcker fotoforen och slås på igen när membranet tas bort. Membranets verkan liknar ögonlockens. Hos andra fiskar flyttas fotoforen in i en ficka i ögonuttaget för att dölja ljuset.

Ljusets funktion

Ficklampfisken är nattlig. Den använder sitt ljus för att kommunicera med andra fiskar och för att locka rov. Ljuset hjälper också fisken att undvika rovdjur. Rovdjuren förväxlas ofta av ljuset som slås på och av och har svårt att hitta fisken när den ändrar riktning i vattnet.

Metod för ljusproduktion

Ljuset produceras av bakterier som lever i det ljusa organet. Bakterierna innehåller en molekyl som kallas luciferin, som frigör ljus när den reagerar med syre. Ett enzym som kallas luciferas är nödvändigt för att reaktionen ska ske. Bakterierna drar nytta av att leva i det lätta organet genom att ta emot näringsämnen och syre från fiskens blod.

Ficklampafisk med bioluminescerande bakterier

Ficklampfisken i videon ovan heter Photoblepharon palpebratus. Det är ofta känt som ögonfisken.

Bakteriell kommunikation och kvorumavkänning

Bakterier kommunicerar med varandra via överföring av signalmolekyler mellan olika celler. Signalmolekyler är kemikalier som produceras av bakterier och binder till receptorer på ytan av andra bakterier, vilket utlöser ett svar hos de som tar emot kemikalierna.

Forskare upptäcker att många bakteriearter kan upptäcka mängden av en specifik signalmolekyl som finns i deras miljö i en process som kallas kvorumavkänning. Arten svarar på en kemisk signal endast när koncentrationen av molekylen når en specifik nivå.

Om bara ett fåtal bakterier finns i ett område, är signalmolekylens nivå för låg och bakterierna svarar inte på dess närvaro. Om ett tillräckligt antal bakterier finns, producerar de dock tillräckligt med molekylen för att utlösa ett specifikt svar. Alla bakterier reagerar sedan på samma sätt samtidigt. Bakterierna upptäcker indirekt deras befolkningstäthet och förändrar deras beteende när ett "kvorum" finns.

Kvorumavkänning gör att bakterier kan samordna sina handlingar och ge en starkare effekt på deras miljö. Till exempel har patogena bakterier (sådana som orsakar sjukdom) ofta en förbättrad förmåga att attackera kroppen när de samordnar sitt beteende.

Hawaiian Bobtail Squid (Euprymna scolopes)

Kvorumavkänning i ett självlysande bakterie

Den Hawaiian bobtail-bläckfisken har en intressant användning för självlysande bakterier. Den lilla bläckfisken är bara en eller två tum lång. Det är nattaktigt och tillbringar natten begravd i sand eller lera. På natten blir den aktiv och livnär sig främst av små kräftdjur, som räkor. Bläckfisken har ett lätt organ i den nedre delen av kroppen som innehåller en bioluminescerande bakterie som kallas Vibrio fischeri. Detta är den enda bakteriesorten som har hittats i organet.

Bakteriecellerna producerar en signalmolekyl som kallas en autoinducerare. När autoinduceraren samlas in i det ljusa organet når den så småningom en kritisk nivå som aktiverar bakteriernas luminescensgener. Processen är ett exempel på kvorumavkänning.

Det ljus som släpps ut av bakterierna hjälper till att förhindra bläckfiskens silhuett från att ses av rovdjur som simmar under bläckfisken. Ljuset från fotoforen matchar ljuset som når havet från månen, kamouflerar bläckfisken och förhindrar att det kastar en skugga. Detta fenomen kallas motbelysning.

På morgonen genomför bläckfisken en process som kallas avluftning. De flesta av bakterierna i fotoforen släpps ut i havet. De som finns kvar reproducerar. När natten anländer är bakteriepopulationen återigen tillräckligt koncentrerad för att producera ljus. Den dagliga utluftningen gör att bakterierna aldrig blir så många att de inte kan få tillräckligt med mat och energi för ljusproduktion.

Bakterier i det Hawaiian Bobtail Squid Light Organ

Både bakterierna och bläckfisken drar nytta av deras förhållande. Bläckfisken kamoufleras när den är aktiv. Bakterierna använder aminosyror och socker i det ljusa organet som mat. De är också skyddade medan de är inne i bläckfisken.

Rovbakterier

Rovbakterier attackerar och dödar andra bakterier. Forskare upptäcker att de är utbredda i vattenlevande livsmiljöer och i jord. Två exempel på dessa bakterier beskrivs nedan.

  • Vampirococcus lever i sjöar med ett högt svavelinnehåll. Den fäster vid en mycket större, lila bakterie som kallas Chromatium och absorberar vätskan från sitt byte och dödar den. Denna process påminde tidiga forskare om en vampyr som suger blod och gav dem idén om bakteriens namn.
  • Till skillnad från Vampirococcus, fäster Bdellovibrio bacteriovorus sig vid en annan bakterie och kommer sedan in i den istället för att stanna på utsidan. Den producerar enzymer för att smälta dess yttre täckning av sitt byte och roterar också, vilket gör att den kan borra sig in i bytet.
  • Bdellovibrio reproducerar sig inuti sitt byte. Och förstör det.
  • Rovdjuret kan simma med den fantastiska hastigheten på 100 celllängder per sekund, vilket gör det till en av de snabbast rörliga av alla kända bakterier.

Vissa forskare undersöker möjligheten att rovbakterier kan användas för att attackera bakterier som är skadliga för människor.

Bdellovibrio Attacks E. coli

Upptäcka och svara på magnetfält

Forskare insåg inte att vissa bakterier kunde upptäcka magnetfält förrän en upptäckt 1975 av Richard P. Blakemore, en forskare vid Woods Hole Oceanographic Institution. Magnetiska bakterier, även kallad magnetotaktiska bakterier, upptäcker och svarar på jordens magnetfält (eller på fältet skapat av en magnet placerad nära dem).

  • Blakemore märkte att vissa bakterier alltid flyttade till samma sida av bilden när han såg dem under ett mikroskop.
  • Han observerade också att om han placerade en magnet bredvid en bild, rörde vissa bakterier sig alltid mot magnetens norra ände.
  • Magnetiska bakterier innehåller speciella organeller som kallas magnetosomer.
  • Magnetosomer innehåller antingen magnetit eller greigit, som är magnetiska kristaller.
  • Varje magnetkristall är en liten magnet, som har en nordpol och en sydpol, precis som andra magneter.
  • Eftersom magneter lockas till varandra via sina motsatta poler, dras de magnetiska kristallerna i bakterierna till jordens magnetfält.

Forskare undersöker sätt på vilka de magnetiska egenskaperna hos bakterier kan hjälpa människor.

Bakterier som rör sig som svar på en magnet

Skapa el

Listan över bakterier som är kända för att producera el växer. År 2018 fann forskare att även några av de bakterier som lever i tarmen kan göra detta, även om strömmen är för svag för att skada oss. Innan denna upptäckt trodde man att endast vissa bakterier som lever i miljöer som grottor och djupa sjöar var elektrogena eller kunde producera en elektrisk ström.

Bakterier, växter och djur (inklusive människor) producerar elektroner under metaboliska reaktioner. Hos växter och djur accepteras elektronerna av syre i mitokondrierna i cellerna. Bakterier som lever i miljöer med lågt syreinnehåll behöver hitta ett annat sätt att bli av med elektronerna. Vissa ställen gör ett mineral i miljön. I den nyligen upptäckta processen som förekommer i tarmbakterier verkar en molekyl som kallas flavin vara väsentlig för elektronflödet.

Som man kan förvänta sig undersöker forskare bakterier som avger en elektrisk ström (ett flöde av elektroner) i hopp om att de kan hjälpa oss. Utforskning av elproduktion med tarmbakterier kan också vara till hjälp.

Framtida forskning

Bakterier är små organismer och lever i många olika livsmiljöer. Vissa av dessa livsmiljöer är ogenomskinliga för människor eller svåra för oss att utforska. Det är mycket möjligt att det finns fantastiska förmågor hos bakterier som fortfarande ska upptäckas och att vissa av dessa förmågor kan förbättra våra liv. Resultaten av framtida forskning borde vara intressanta.

referenser

  • Fakta om extremofiler från Carleton University
  • En bakterie från Canadas Arctic från McGill University
  • Deinococcus radiodurans fakta från Kenyon College
  • Bioluminescensresurser från Latz-laboratoriet, Scripps Institution of Oceanography
  • Information om kvorumavkänning i bakterier från University of Nottingham
  • En förklaring av bioluminescens i Hawaii bobtailtail räkor från University of Auckland
  • Användningen av rovbakterier som ett antibiotikum från webbplatsen Phys.org
  • Detaljer om magnetotaktiska bakterier från ScienceDirect
  • Hur bakterier producerar elektricitet från University of California, Berkeley