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Lexikon der Geowissenschaften: Bakterien

Bakterien, Bacteria, Eubacteria, Schizophyta, einzellige Organismen, einfach organisiert, d.h. statt Zellkern besitzen sie ein Nukleoid ohne Membran, kein Mitose-Meiose-System, keine echten Chromosomen, Vermehrung durch Längsteilung. Abteilung der Monera, Prokaryota, die (im Gegensatz zu den Archaea) beim Bau von Zellwänden Muraminsäure verwenden. Im Gegensatz zu den Cyanophyta fehlen Pigmente oder es tritt ein spezielles Bacteriochlorophyll auf. Morphologisch unterscheiden sich nur wenige Bacteria deutlich von Archaea und Cyanophyta. Typische Zellformen sind Coccen, Bazillen, Vibrio, Spirillus und Zellhaufen. Höher entwickelte Taxa bilden Filamente und Trichome und schließlich verzweigte Zellfäden. Mobile Zellen können bis zu 100 Geißeln tragen. Die Bacteria entstanden im Archäophytikum entweder direkt aus sehr frühen Archaea oder aber parallel dazu aus Progenoten und umfassen ökophysiologische Anpassungstypen aus der Erdfrühzeit. Wie die Progenoten deckten die ältesten Bacteria organotroph unter anaeroben Bedingungen sowohl ihren Stoff- und Energiebedarf, als auch ihren Bedarf an Substanzen zur Energie-Speicherung (ATP-Moleküle) aus der "Ursuppe" der Ozeane. Das führte zur Verknappung von Nahrungs- und ATP-Molekülen. Als erste Reaktion entwickelten die Zellen die Fähigkeit körpereigenes ATP aufzubauen, um dadurch Energie unabhängig von der zellexternen ATP-Verfügbarkeit speichern zu können. Energie- und Kohlenstoff wurden weiterhin durch anaerobe Dissimilation (Gärung, Fermentation) heterotroph aus organischen Molekülen der "Ursuppe" sowie von lebenden und toten Prokaryota gewonnen. Unter dem Evolutionsdruck stagnierender oder gar schwindender Ressourcen von organischen Molekülen wurden autotrophe Stoffwechsel entwickelt. Bei der Chemolithotrophie liefert die Oxidation von anorganischen Stoffen, z.B. H2S, NH, H2, die Energie, und das CO2 ist die Kohlenstoffquelle. Dadurch wurde der Energie-Stoffwechsel von organischen Molekülen unabhängig. Seit der Entwicklung von Pigment (Bacteriochlorophyll, im Gegensatz zum Chlorophyll a der Cyanophyta) gelingt es den Bacteria aber auch Sonnenenergie in Stoffwechselenergie umzusetzten. Diese anaerobe Photosynthese erfolgt nach der Formel:

CO2+2H2E+Licht-Energie = CH2O+H2E+2E

mit H2E als oxydierbarer Substanz (Elektronendonator). Bei dieser Photolithotrophie der Bacteria ersetzen zahlreiche Elemente das E, aber niemals Sauerstoff, z.B. nie als H2O (wie bei der Photohydrotrophie der Cyanophyta und Plantae), und es entsteht folglich auch kein Sauerstoff. Bacteria sind in großer Individuendichte auch unter extremen Lebensbedingungen allgegenwärtig, weil sie im Gegensatz zu den Eukaryota über ein breites Spektrum von Energie-/Stoffwechseln verfügen und sich mit sehr hoher Teilungsfrequenz rasch vermehren. Sie haben deshalb eine entsprechend große Bedeutung in verschiedensten geochemischen Kreisläufen des Systems Erde. Bacteria liefern als Primärproduzenten große Mengen organischer Substanz für die Nahrungskette. Wichtiger als ihre oft vergleichsweise geringe lebende Biomasse im Ökosystem (im Schwarzen Meer mit 40% sehr hoch) ist dabei ihre Jahresbruttoproduktivität (im Schwarzen Meer 80%-90% der Gesamtbioproduktivität = ca. 20 Mrd. Tonnen). Die Ökosysteme der hydrothermalen Felder von Spreading-Zonen am lichtlosen Ozeanboden bauen auf der lichtunabhängigen, chemolithotrophen Primärproduktion von Bacteria auf. Sie sind Pioniere bei der Besiedlung neuer Lebensräume und waren sicherlich frühe Landbewohner. Bacteria schließen als wichtige Destruenten den Stoffkreislauf, indem sie (wie die Fungi) organische Substanz zersetzen. Weil sie dabei Sauerstoff bis hin zur völligen Aufzehrung verbrauchen, treten besonders in feinkörnigen Sedimenten mit sehr geringer Porenwasserströmung oft reduzierende Bedingungen auf (Watt, Meeresboden). Bacteria überziehen Sedimentoberflächen mit einem Film und verkleben damit das Sediment (bis zu 10 Mio. Individuen pro Gramm). Bacteria haben aber auch sehr große Bedeutung als Mineralbilder. Durch die Stoffwechselaktivitäten werden z.B. Carbonat, Calciumphosphat, Eisenhydroxid, Eisensulfide und elementarer Schwefel abgeschieden. Fossile Bacteria-Zellen sind mineralisiert, v.a. aber eingekieselt erhalten, so wie z.B. die mit 3,2 Mrd. Jahren ältesten Zell-Funde in Cherts der Onverwacht-Formation Südafrikas. In der Hydrologie geben Anzahl (Bakterienzahl) und Art (Bakterienkolonie) der Bakterien Auskunft über die Gewässergüte.

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