افحص كيف يمكن للبكتيريا أن تكون عوامل بيئية مفيدة للتحلل ولكنها مفسدات ضارة للأغذية وعوامل المرض تعرف على البكتيريا كعوامل تحلل وتلف الطعام ومرض (مسببات الأمراض). Encyclopædia Britannica، Inc. شاهد كل الفيديوهات لهذا المقال
نمو البكتيريا الثقافات يُعرَّف على أنه زيادة في عدد البكتيريا في مجتمع ما وليس في حجم الخلايا الفردية. يحدث نمو التجمعات البكتيرية بطريقة هندسية أو أسية: مع كل دورة انقسام (جيل) ، تنتج خلية واحدة خليتين ، ثم 4 خلايا ، ثم 8 خلايا ، ثم 16 ، ثم 32 ، وهكذا دواليك. يمكن حساب الوقت اللازم لتكوين جيل ، وقت التوليد (G) ، من الصيغة التالية:
في الصيغة ، ب هو عدد البكتيريا الموجودة في بداية الملاحظة ، ب هو الرقم الموجود بعد الفترة الزمنية ر ، و ن هو عدد الأجيال. توضح العلاقة أن متوسط وقت التوليد ثابت وأن معدل زيادة عدد البكتيريا يتناسب مع عدد البكتيريا في أي وقت. هذه العلاقة صالحة فقط خلال الفترة التي يتزايد فيها عدد السكان بطريقة أسية ، تسمى مرحلة تسجيل النمو. لهذا السبب ، يتم رسم الرسوم البيانية التي تظهر نمو الثقافات البكتيرية على أنها لوغاريتم عدد الخلايا.
اتبع أ العصوية الرقيقة مستعمرة أثناء مرورها بمراحل التأخر والسجل والثبات والموت للنمو ، تتقدم المستعمرات البكتيرية عبر أربع مراحل للنمو: مرحلة التأخر ، ومرحلة السجل ، ومرحلة الثبات ، ومرحلة الموت. Encyclopædia Britannica، Inc. ؛ الصور الثابتة A.W. Rakosy / Encyclopædia Britannica، Inc. شاهد كل مقاطع الفيديو لهذا المقال
كان تشارلز لويس مونتسكيو مفكرًا سياسيًا فرنسيًا معروفًا به
يتم التحكم في زمن التوليد ، الذي يختلف بين البكتيريا ، من خلال العديد من الظروف البيئية وطبيعة الأنواع البكتيرية. على سبيل المثال، المطثية الحاطمة ، وهي واحدة من أسرع أنواع البكتيريا نموًا ، ولها وقت إنتاج مثالي يبلغ حوالي 10 دقائق ؛ الإشريكية القولونية يمكن أن تتضاعف كل 20 دقيقة ؛ والنمو البطيء السل الفطري له وقت جيل في حدود 12 إلى 16 ساعة. اقترح بعض الباحثين أن بعض مجموعات البكتيريا التي تعيش في أعماق سطح الأرض قد تنمو بمعدلات بطيئة للغاية ، وتتكاثر مرة واحدة فقط كل عدة آلاف من السنين. ال تكوين التابع متوسطة النمو هو عامل رئيسي يتحكم في معدل النمو. يزداد معدل النمو إلى الحد الأقصى عندما يوفر الوسيط مصدرًا أفضل للطاقة والمزيد من الوسائط الحيوية التخليقية التي كان على الخلية أن تصنعها لنفسها.
منحنى النمو البكتيري منحنى النمو البكتيري المعمم يوضح مراحل نمو المستعمرات البكتيرية. Encyclopædia Britannica، Inc.
عندما توضع البكتيريا في وسط يوفر جميع العناصر الغذائية الضرورية لنموها ، فإن السكان يظهرون أربع مراحل للنمو تمثل منحنى نمو البكتيريا النموذجي. عند التلقيح في الوسط الجديد ، لا تتكاثر البكتيريا على الفور ، ويظل حجم السكان ثابتًا. خلال هذه الفترة ، دعا مرحلة التأخر ، الخلايا نشطة التمثيل الغذائي وتزيد فقط في حجم الخلية. كما أنهم يصنعون الإنزيمات والعوامل اللازمة لانقسام الخلايا والنمو السكاني في ظل ظروفهم البيئية الجديدة. ثم يدخل المجتمع في مرحلة السجل ، حيث تزداد أعداد الخلايا بطريقة لوغاريتمية ، ويحدث كل جيل من الخلايا في نفس الفترة الزمنية مثل السابقة ، مما يؤدي إلى زيادة متوازنة في الناخبين من كل خلية. تستمر مرحلة اللوغاريتمات حتى استنفاد العناصر الغذائية أو تتراكم المنتجات السامة ، وفي ذلك الوقت يتباطأ معدل نمو الخلايا ، وقد تبدأ بعض الخلايا في الموت. في ظل الظروف المثلى ، يمكن أن يصل الحد الأقصى لعدد السكان لبعض الأنواع البكتيرية في نهاية مرحلة السجل إلى كثافة تتراوح من 10 إلى 30 مليار خلية لكل مليلتر.
العصوية الرقيقة ل العصوية الرقيقة مستعمرة بكتيرية تدخل مرحلة تسجيل النمو بعد 18-24 ساعة من الحضانة عند 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت ؛ مكبرة حوالي 6 ×). أ. Rakosy / Encyclopædia Britannica ، Inc.
تتبع مرحلة اللوغاريتمات لنمو البكتيريا الطور الثابت ، حيث يظل حجم مجموعة البكتيريا ثابتًا ، على الرغم من أن بعض الخلايا تستمر في الانقسام ويبدأ البعض الآخر في الموت. يتبع المرحلة الثابتة مرحلة الموت ، حيث يتجاوز موت الخلايا في السكان تكوين الخلايا الجديدة. يعتمد طول الفترة الزمنية قبل بداية مرحلة الموت على النوع والوسيط. لا تموت البكتيريا بالضرورة حتى عندما تتضور جوعًا من العناصر الغذائية ، ويمكن أن تظل قابلة للحياة لفترات طويلة من الزمن.
العصوية الرقيقة مراحل النمو البكتيري أ العصوية الرقيقة تظهر مستعمرة بكتيرية علامات نمو ثابت بعد 48 ساعة من الحضانة عند 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت ؛ مكبرة حوالي 9 ×). أ. Rakosy / Encyclopædia Britannica ، Inc.
العصوية الرقيقة مراحل نمو البكتيريا بعد 96 ساعة عند 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت) ، أ العصوية الرقيقة تذبل المستعمرة البكتيرية ، مما يشير إلى أنها دخلت مرحلة الموت (مكبرة حوالي 9 ×). أ. Rakosy / Encyclopædia Britannica ، Inc.
بدائيات النوى واسع الانتشار على سطح الأرض. تم العثور عليها في كل ما يمكن الوصول إليه بيئة ، من الجليد القطبي إلى الفقاعات الينابيع الساخنة ، من قمم الجبال إلى قاع المحيط ، ومن النبات و حيوان الجثث لتربة الغابات. يمكن أن تنمو بعض البكتيريا في التربة أو الماء عند درجات حرارة قريبة من التجمد (0 درجة مئوية [32 درجة فهرنهايت]) ، بينما تنمو أنواع أخرى في الماء عند درجات حرارة قريبة من الغليان (100 درجة مئوية [212 درجة فهرنهايت]). تتكيف كل بكتيريا لتعيش في بيئة معينة تخصص ، سواء كانت أسطح المحيطات ، أو الرواسب الطينية ، أو التربة ، أو أسطح كائن حي آخر. مستوى البكتيريا في الهواء منخفض ولكنه مهم ، خاصة عند تعليق الغبار. في المسطحات المائية الطبيعية غير الملوثة ، يمكن أن تكون أعداد البكتيريا بالآلاف لكل مليلتر. في التربة الخصبة ، يمكن أن تصل أعداد البكتيريا إلى الملايين لكل جرام ؛ وفي البراز ، يمكن أن يتجاوز تعداد البكتيريا مليارات لكل جرام.
متى تم إنشاء الدين الإسلامي
دراسة دور البكتيريا في التحلل العضوي ، من أرضيات الغابات إلى مقالب القمامة ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي. دور البكتيريا في التحلل العضوي هو جزء من عملية إزالة المواد البيولوجية غير المرغوب فيها من مدافن النفايات والمياه. Encyclopædia Britannica، Inc. شاهد كل الفيديوهات لهذا المقال
بدائيات النوى هي أعضاء مهمون في موائلهم. على الرغم من صغر حجمها ، إلا أن عددها الهائل يعني أن التمثيل الغذائي لها يلعب دورًا هائلاً - أحيانًا مفيد ، ضارة في بعض الأحيان - في تحويل العناصر في بيئتها الخارجية. ربما كل مادة طبيعية ، والعديد منها اصطناعي منها ، يمكن أن تتحلل (تتأيض) بواسطة بعض أنواع البكتيريا. أكبر معدة بقرة ، الكرش ، عبارة عن غرفة تخمير حيث تقوم البكتيريا بهضم السليلوز في الأعشاب والأعلاف ، وتحويلها إلى أحماض دهنية وأحماض أمينية ، وهي العناصر الغذائية الأساسية التي تستخدمها البقرة وأساس إنتاج البقرة للحليب. يتم تحويل النفايات العضوية في مياه الصرف الصحي أو أكوام السماد بواسطة البكتيريا إما إلى مغذيات مناسبة لعملية التمثيل الغذائي للنبات أو إلى غاز الميثان (CH4) وثاني أكسيد الكربون. يتم تحويل بقايا جميع المواد العضوية ، بما في ذلك النباتات والحيوانات ، في نهاية المطاف إلى تربة وغازات من خلال أنشطة البكتيريا والكائنات الدقيقة الأخرى ، وبالتالي يتم إتاحتها لمزيد من النمو.
تعيش العديد من البكتيريا في الجداول والمصادر الأخرى ماء ، ووجودها بكثافات سكانية منخفضة في عينة من الماء لا يشير بالضرورة إلى أن الماء غير صالح استهلاك . ومع ذلك ، فإن الماء يحتوي على بكتيريا مثل بكتريا قولونية ، وهم سكان عاديون في الأمعاء للإنسان والحيوان ، يشير إلى أن مياه الصرف الصحي أو البراز قد لوث هذا المصدر المائي مؤخرًا. قد تكون هذه البكتيريا القولونية مسببات الأمراض (كائنات مسببة للأمراض) بحد ذاتها ، ويشير وجودها إلى وجود مسببات أمراض بكتيرية وفيروسية أخرى يصعب اكتشافها. الإجراءات المستخدمة في تنقية المياه النباتات - الترسيب ، والترشيح ، والكلور - مصممة لإزالة هذه الكائنات الحية الدقيقة والعوامل المعدية الأخرى التي قد تكون موجودة في الماء المخصص بشري استهلاك. كما أن معالجة مياه الصرف الصحي ضرورية لمنع تسرب البكتيريا المسببة للأمراض والفيروسات من مياه الصرف الصحي إلى إمدادات المياه. تؤدي محطات معالجة مياه الصرف الصحي أيضًا إلى تحلل المواد العضوية (البروتينات والدهون والكربوهيدرات) في مياه الصرف الصحي. يؤدي تكسير المواد العضوية بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في الماء إلى استهلاك الأكسجين ( طلب الأكسجين البيوكيميائي ) ، مما يتسبب في انخفاض مستوى الأكسجين ، والذي يمكن أن يكون ضارًا جدًا بالحياة المائية في الجداول والبحيرات التي تستقبل المياه العادمة. يتمثل أحد أهداف معالجة مياه الصرف الصحي في أكسدة أكبر قدر ممكن من المواد العضوية قبل تصريفها في نظام المياه ، وبالتالي تقليل الحاجة إلى الأكسجين الكيميائي الحيوي لمياه الصرف. تستغل خزانات هضم مياه الصرف الصحي وأجهزة التهوية على وجه التحديد القدرة الاستقلابية للبكتيريا لهذا الغرض. (لمزيد من المعلومات حول معالجة مياه الصرف الصحي ، يرى الأعمال البيئية: التحكم في تلوث المياه .)
إن بكتيريا التربة نشطة للغاية في إحداث تغييرات كيميائية حيوية عن طريق تحويل المواد المختلفة ، الدبال والمعادن ، التي تميز التربة. العناصر الأساسية للحياة ، مثل الكربون والنيتروجين والكبريت ، يتم تحويلها بواسطة البكتيريا من الغازات غير العضوية مجمعات سكنية في أشكال يمكن أن تستخدمها النباتات والحيوانات. تقوم البكتيريا أيضًا بتحويل المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي للنبات والحيوان إلى أشكال يمكن أن تستخدمها البكتيريا والكائنات الحية الدقيقة الأخرى. ال دورة النيتروجين يمكن أن يوضح دور البكتيريا في إحداث تغييرات كيميائية مختلفة. يوجد النيتروجين في الطبيعة في العديد من حالات الأكسدة ، مثل النترات والنتريت وغاز ثنائي النيتروجين والعديد من أكاسيد النيتروجين والأمونيا والعضوية الأمينات (مركبات الأمونيا التي تحتوي على واحد أو أكثر من الهيدروكربونات البديلة). تثبيت النيتروجين هو تحويل غاز ثنائي النيتروجين من الغلاف الجوي إلى شكل يمكن أن تستخدمه الكائنات الحية. بعض البكتيريا المثبتة للنيتروجين ، مثل أزوتوباكتر و كلوستريديوم باستيريانوم ، و الكلبسيلة الرئوية ، تعيش بحرية ، في حين أن الأنواع من ريزوبيوم العيش في حميم بالاشتراك مع نباتات البقول . ريزوبيوم الكائنات الحية في التربة تتعرف على وتغزو جذر شعيرات مضيفها النباتي المحدد ، تدخل أنسجة النبات ، وتشكل عقيدات جذرية. تؤدي هذه العملية إلى فقدان البكتيريا للعديد من خصائص الحياة الحرة. يصبحون معتمدين على الكربون الذي يوفره النبات ، وفي مقابل الكربون ، يقومون بتحويل غاز النيتروجين إلى أمونيا ، التي يستخدمها النبات لتخليق البروتين ونموه. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للعديد من البكتيريا تحويل النترات إلى أمينات لأغراض تصنيع المواد الخلوية أو إلى الأمونيا عند استخدام النترات كمستقبل للإلكترون. تقوم بكتيريا نزع النتروجين بتحويل النترات إلى غاز ثنائي النيتروجين. يتم تحويل الأمونيا أو الأمينات العضوية إلى نترات من خلال الأنشطة المشتركة للكائنات الهوائية نيتروسوموناس و نيتروباكتر ، التي تستخدم الأمونيا كمانح للإلكترون.
البكتيريا المثبتة للنيتروجين (يمين) جذور نبات البازلاء الشتوي النمساوي ( بيسوم ساتيفوم ) مع العقيدات التي تأوي البكتيريا المثبتة للنيتروجين ( ريزوبيوم ). (يسار) تتطور العقيدات الجذرية نتيجة للعلاقة التكافلية بين البكتيريا الجذرية وشعر جذر النبات. تتعرف البكتيريا على شعر الجذر وتبدأ في الانقسام (A) ، لتدخل الجذر من خلال خيط عدوى (B) يسمح للبكتيريا بالدخول إلى خلايا الجذر ، والتي تنقسم لتشكيل العقدة (C). (يسار) Encyclopædia Britannica، Inc. (يمين) صورة جون كابريليان ، مجموعة جمعية أودوبون الوطنية / باحثو الصور
في دورة الكربون ، يتم تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى مواد خلوية بواسطة النباتات وبدائيات النوى ذاتية التغذية ، ويتم إرجاع الكربون العضوي إلى الغلاف الجوي عن طريق أشكال الحياة غيرية التغذية. المنتج الرئيسي للتحلل الميكروبي هو ثاني أكسيد الكربون ، والذي يتكون عن طريق تنفس الكائنات الهوائية.
الميثان ، منتج نهائي غازي آخر لعملية التمثيل الغذائي للكربون ، هو عنصر ثانوي نسبيًا في دورة الكربون العالمية ولكنه مهم في المواقف المحلية وكمصدر للطاقة المتجددة للاستخدام البشري. يتم إنتاج الميثان من قبل بدائيات النوى الميثانوجينية عالية التخصص واللاهوائية ، وجميعها بدائيات النوى. تستخدم الميثانوجينات ثاني أكسيد الكربون كمستقبل طرفي للإلكترون وتستقبل الإلكترونات من غاز الهيدروجين (Hاثنين). يمكن تحويل بعض المواد الأخرى إلى غاز الميثان بواسطة هذه الكائنات ، بما في ذلك الميثانول ، حمض الفورميك وحمض الخليك والميثيلامين. على الرغم من النطاق الضيق للغاية للمواد التي يمكن استخدامها بواسطة الميثانوجينات ، فإن إنتاج الميثان شائع جدًا أثناء التحلل اللاهوائي للعديد من المواد العضوية ، بما في ذلك السليلوز والنشا والبروتينات والأحماض الأمينية والدهون والكحوليات ومعظم الركائز الأخرى. يتطلب تكوين الميثان من هذه المواد أن تحلل البكتيريا اللاهوائية الأخرى هذه المواد إما إلى أسيتات أو إلى ثاني أكسيد الكربون وغاز الهيدروجين ، والتي يتم استخدامها بعد ذلك بواسطة الميثانوجينات. تدعم الميثانوجينات نمو البكتيريا اللاهوائية الأخرى في الخليط عن طريق إزالة غاز الهيدروجين المتكون أثناء أنشطتها الأيضية لإنتاج الميثان. يحفز استهلاك غاز الهيدروجين عملية التمثيل الغذائي للبكتيريا الأخرى.
على الرغم من حقيقة أن الميثانوجينات لها قدرة استقلابية محدودة وحساسة جدًا للأكسجين ، إلا أنها منتشرة على الأرض. يتم إنتاج كميات كبيرة من الميثان في اللاهوائية البيئات ، مثل المستنقعات و الاهوار ، ولكن يتم إنتاج كميات كبيرة أيضًا في التربة والحيوانات المجترة. تم إنتاج ما لا يقل عن 80 في المائة من الميثان في الغلاف الجوي بفعل الميثانوجينات ، ويتم إطلاق الباقي من رواسب الفحم أو آبار الغاز الطبيعي.
