Worauf sind die allgegenwärtigen Mikroorganismen angewiesen, um zu überleben?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Guanshi Ruwei Team

Hersteller: China Science Expo

Wie wir alle wissen, müssen Organismen zur Durchführung ihrer Lebensaktivitäten Rohstoffe und Brennstoffe aus der Außenwelt beziehen. Mit den Worten der Biologen ist Ernährung der Prozess, durch den Organismen die Substanzen aus der Außenwelt gewinnen, die sie für ihre Lebensaktivitäten benötigen. Ernährung ist eine Grundfunktion aller Lebewesen.

(Fotoquelle: Veer Gallery)

Auch Mikroorganismen sind Lebewesen und die Ernährung ist die Grundlage ihrer Lebensaktivitäten. Zwischen den Ernährungsbedürfnissen von Mikroorganismen und Menschen besteht kein wesentlicher Unterschied. Allerdings sind die Dinge, die Mikroorganismen als Nahrung zur Verfügung stehen, viel vielfältiger als die Nahrungsmittel, die Menschen oder Tiere nutzen können. Die von Mikroorganismen benötigten Nährstoffe können in sechs Kategorien unterteilt werden, nämlich Kohlenstoffquelle, Stickstoffquelle, Energie, anorganische Salze, Wachstumsfaktoren und Wasser.

Kohlenstoffquelle

Die Hauptbestandteile der Grundnahrungsmittel, die wir häufig essen, wie etwa Reis, gedämpfte Brötchen oder Brot, werden als Kohlenhydrate bezeichnet. Da die Moleküle dieser Verbindungen relativ mehr Kohlenstoffelemente enthalten, werden sie auch als Kohlenstoffquellen bezeichnet. Darüber hinaus ist es eine wichtige Nahrungsquelle für Mikroorganismen, da viele Komponenten mikrobieller Zellen aus Kohlenstoff bestehen und Kohlenstoffquellen den Mikroorganismen Energie für ihre Fortbewegung und die Ausübung verschiedener Lebensaktivitäten liefern.

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Die Arten von Kohlenstoffquellen, die von verschiedenen Mikroorganismen genutzt werden können, sind äußerst vielfältig und reichen von einfachen anorganischen kohlenstoffhaltigen Verbindungen wie Kohlendioxid und Carbonaten bis hin zu komplexeren organischen Substanzen (Zucker, Alkohole, Säuren usw.) und komplexeren organischen Makromolekülen wie Proteinen und Nukleinsäuren. Sie alle können von Mikroorganismen zersetzt und als Kohlenstoffquelle genutzt werden. Sogar Erdöl- und Nitrilverbindungen, Xylol, Phenol usw., die für allgemeine Organismen giftig sind, können von einigen Mikroorganismen als Kohlenstoffquelle genutzt werden.

Oh, diese kleinen Kerle sind wirklich keine wählerischen Esser!

Mikrobiologen haben mehr als 90 Kohlenstoffquellen genutzt, um ein Bakterium namens Burkholderia cepacia zu ernähren. Dabei stellten sie fest, dass das Bakterium nicht nur Glucose und Fructose verwerten kann, sondern auch zahlreiche organische Säuren und sogar Karbolsäure (Phenol) sowie Verbindungen, die nach der Verwesung von Leichen entstehen, wie Putrescin, Spermin und Tryptamin, die für Mensch und Tier hochgiftig sind. Allerdings sind die Arten von Kohlenstoffquellen, die manche Mikroorganismen nutzen können, äußerst begrenzt. Beispielsweise können methylotrophe Bakterien nur die einfachen organischen Verbindungen Methanol und Methan als Kohlenstoffquellen nutzen.

Stickstoffquelle

Das Fleisch, das wir täglich essen, oder die Milch, die wir trinken, enthält viel Eiweiß. Protein besteht aus Aminosäuren, die viel Stickstoff enthalten, daher wird diese Art der Ernährung als Stickstoffquelle bezeichnet. Mikroorganismen können mehr Arten von Stickstoffquellen nutzen als Menschen oder Pflanzen. Sie können alle Stickstoffquellen nutzen, die auch für Pflanzen und Tiere nutzbar sind. Sie können auch Stickstoff in der Luft nutzen, der von Pflanzen und Tieren nicht genutzt werden kann.

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Stickstoffquellen sind der Rohstoff für die Synthese von Protoplasma und anderen Zellstrukturen, wenn Mikroorganismen wachsen und sich vermehren. Genauso wie Kinder, denen über einen längeren Zeitraum Protein fehlt, nicht groß werden, fällt es Mikroorganismen schwer zu wachsen, wenn ihnen eine Stickstoffquelle fehlt. Stickstoffquellen werden im Allgemeinen nicht als Energiequelle für Mikroorganismen genutzt. Einige Bakterien, beispielsweise nitrifizierende Bakterien, können Ammoniumsalze und Nitrite jedoch als Stickstoff- und Energiequelle nutzen.

Energie

Energie ist eine Substanz, die die für die Lebensaktivitäten von Mikroorganismen erforderliche Energie bereitstellt. Beispielsweise ist die Lichtenergie des Sonnenlichts die direkte Energiequelle für viele Bakterien, die Photosynthese betreiben können. Viele Substanzen in der Natur, wie beispielsweise Glukose und Stärke, können sowohl als Kohlenstoffquellen als auch als Energiequellen genutzt werden. Für einige Mikroorganismen ist Protein eine Nährstoffquelle mit drei Funktionen: Kohlenstoffquelle, Stickstoffquelle und Energiequelle. Was den Stickstoff in der Luft betrifft, kann er lediglich als Stickstoffquelle dienen.

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Anorganisches Salz

Menschen müssen Salz essen, um ihren Kalziumbedarf zu decken, und Nutzpflanzen benötigen Holzasche als Kaliumergänzung. Wie gewöhnliche Organismen benötigen Mikroorganismen für ihre Lebensaktivitäten nicht nur Kohlenstoff-, Stickstoff- und Energiequellen, sondern auch die Unterstützung anderer Substanzen wie Schwefel, Phosphor, Natrium, Kalium, Magnesium, Kalzium, Eisen und anderer Elemente. Die meisten der oben genannten Elemente werden den Mikroorganismen in Form von Salzen zur Verfügung gestellt und heißen daher anorganische Salze oder Mineralstoffe. Diese anorganischen Salze sind notwendige Bestandteile lebender Materie oder zur Aufrechterhaltung normaler Lebensaktivitäten erforderlich. Einige werden verwendet, um die Produktion bestimmter Substanzen zu fördern oder zu hemmen.

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Wachstumsfaktoren

Menschen und Tiere benötigen Vitamine, ebenso wie viele Mikroorganismen. Vitamine sind organische Spurenstoffe, die von Mikroorganismen nicht selbst synthetisiert werden können und für die Mikroorganismen unverzichtbare Substanzen zur Aufrechterhaltung ihrer Lebensaktivitäten sind. Beispielsweise müssen Hefe- und Milchsäurebakterien von außen mit Vitaminen versorgt werden, um zu wachsen bzw. gut zu gedeihen.

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Einige Mikroorganismen, wie etwa Escherichia coli, die meisten Pilze und Actinomyceten, können Wachstumsfaktoren selbst synthetisieren und müssen diese nicht von außen beziehen. Einige Mikroorganismen können überschüssige Wachstumsfaktoren produzieren, sodass diese zur Herstellung von Vitaminen verwendet werden können. Beispielsweise wird Vitamin B2 (Riboflavin), das Menschen häufig als Nahrungsergänzungsmittel einnehmen müssen, von einer bestimmten Hefeart produziert.

Wasser

Wie bei allen Lebewesen ist Wasser für die Ernährung von Mikroorganismen unverzichtbar. Wasser ist einer der wichtigsten chemischen Bestandteile mikrobieller Zellen. Lebensaktivitäten werden grundsätzlich durch eine Reihe chemischer Reaktionen erreicht, von denen die meisten im Wasser stattfinden. Der Stoffaustausch innerhalb und außerhalb von Zellen erfolgt üblicherweise in gelöstem Wasser; Wasser kann auch die Stabilität der Molekülstruktur von Makromolekülen wie Nukleinsäuren und Proteinen aufrechterhalten. Wasser kann auch an chemischen Reaktionen im Körper beteiligt sein, beispielsweise an Hydrolyse- und Hydratationsreaktionen.

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Abschluss

In der Natur beziehen Mikroorganismen die verschiedenen Nährstoffe, die sie zum Wachstum benötigen, aus ihrer Lebensumgebung. Verschiedene Gruppen von Mikroorganismen können in unterschiedlichen Umgebungen wachsen und sich vermehren. Es gibt subtile und untrennbare Verbindungen zwischen Mikroorganismen und zwischen Mikroorganismen und anderen Organismen.

Obwohl Mikroorganismen so einfach am Leben zu erhalten sind, sind sie für das normale Funktionieren der Natur unverzichtbar!

Herausgeber: Sun Chenyu