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Was definiert eine mikrobielle Spezies?

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Ich weiß, dass Mikroben nicht zur sexuellen Fortpflanzung fähig sind, daher sollte eine Einteilung in Arten nach "Gruppen, die sich kreuzen und fruchtbare Nachkommen erzeugen können" nicht gelten.


Ihre Frage bezieht sich auf das Artenkonzept, das Sie verwenden. Das biologische Artenkonzept (BSC) von Mayr basiert auf der Fähigkeit zur Kreuzung; eine prozessorientierte Definition. Die meisten Biologen verwenden es, aber die meisten Taxonomen, die tatsächlich Arten beschreiben, verwenden eine Variation des phylogenetischen Artenkonzepts. Das phylogenetische Artenkonzept basiert nicht auf Prozessen, sondern auf festen Unterschieden. Feste Unterschiede zeugen von fehlender Vermischung, aber das Konzept basiert nicht explizit auf Reproduktion. Feste morphologische Unterschiede wurden verwendet, um Mikroben zu klassifizieren, am häufigsten in Kultur. Derzeit werden Mikroben jedoch am häufigsten mit einer Kombination aus morphologischen und genetischen Merkmalen klassifiziert. Die rRNA der kleinen Untereinheit wird sequenziert und einem Algorithmus zur Schätzung von Arten auf der Grundlage genetischer Distanzen unterzogen. Kurz gesagt, Ihre Frage hängt stark davon ab, welches Artenkonzept Sie verwenden und ob Sie eine entfernungsbasierte DNA-Definition akzeptieren würden. Aber Arten müssen nicht reproduktiv definiert werden.


Diese Frage hat eigentlich keine einfache Antwort. Wie in einer früheren Antwort angegeben, wird das 16S-rRNA-Gen von vielen Wissenschaftlern verwendet. Da es sich um eine ziemlich konservierte genetische Region handelt, können Mutationen in dieser Region Arten phylogenetisch differenzieren, aber es ist keine narrensichere Methode. Zum Beispiel mehrere Arten von Shigella kann fast identische 16S-Sequenzen liefern wie die von Escherichia coli und Debatten toben darüber, ob sie tatsächlich als dieselbe Art klassifiziert werden sollten. Einige Wissenschaftler bestreiten sogar, dass es mikrobielle Arten gibt oder dass es nicht sinnvoll oder informativ ist, Mikroben in taxonomische Einheiten zu gruppieren (obwohl diese Wissenschaftler immer noch in der Minderheit sind). Wenn Sie mehr über diesen Standpunkt erfahren möchten, können Sie sich die Arbeit von W.F. Doolittle. Diese Lektüre macht Spaß:

Doolittle, W. & Zhaxybayeva, O. (2009). Zur Entstehung prokaryotischer Arten. Genomforschung, 19(5), 744-756. http://dx.doi.org/10.1011/gr.086645.108


  • Bakterien variieren von Spezies zu Spezies, daher ist es schwierig, Bakterien viele gemeinsame Merkmale zuzuordnen. Bakterienarten zeichnen sich durch ihre Vielfalt aus.
  • Es gibt drei bemerkenswerte gemeinsame Merkmale von Bakterien, 1) das Fehlen von membrangebundenen Organellen, 2) einzellig und 3) eine kleine (normalerweise mikroskopische) Größe.
  • Nicht alle Prokaryoten sind Bakterien, einige sind Archaeen, die, obwohl sie mit Bakterien gemeinsame physikalische Eigenschaften haben, sich von Bakterien unterscheiden.
  • Archaeen: eine taxonomische Domäne von einzelligen Organismen ohne Kerne, die früher als Archaebakterien bezeichnet wurden, sich aber heute grundlegend von Bakterien unterscheiden.
  • Zellteilung: eine Form der asexuellen Fortpflanzung und Zellteilung, die von allen Prokaryonten (Bakterien und Archaebakterien) verwendet wird

Bakterien bilden eine große Domäne prokaryontischer Mikroorganismen. Bakterien gehörten zu den ersten Lebensformen, die auf der Erde erschienen, und sind in den meisten Lebensräumen der Erde vorhanden. Bakterien wachsen in Böden, sauren heißen Quellen, radioaktiven Abfällen, Wasser und tief in der Erdkruste. Darüber hinaus wachsen sie in organischem Material und den lebenden Körpern von Pflanzen und Tieren und liefern hervorragende Beispiele für Mutualismus im Verdauungstrakt von Menschen, Termiten und Kakerlaken.

Aber was definiert ein Bakterium? Bakterien als Prokaryoten haben viele Gemeinsamkeiten, wie zum Beispiel:

  1. Ein Mangel an membrangebundenen Organellen
  2. Einzelligkeit und damit Teilung durch Binärspaltung
  3. Generell kleine Größe

Bakterien neigen nicht dazu, membrangebundene Organellen in ihrem Zytoplasma zu haben und enthalten daher nur wenige große intrazelluläre Strukturen. Folglich fehlen ihnen ein echter Kern, Mitochondrien, Chloroplasten und die anderen Organellen, die in eukaryotischen Zellen vorhanden sind, wie der Golgi-Apparat und das endoplasmatische Retikulum. Bakterien wurden früher als einfache Zytoplasmabeutel angesehen, aber Elemente wie das prokaryontische Zytoskelett und die Lokalisierung von Proteinen an bestimmten Stellen innerhalb des Zytoplasmas haben sich als komplexer erwiesen. Diese subzellulären Kompartimente wurden &ldquobakterielle Hyperstrukturen&rdquo genannt.

Abbildung: Bakterielle Strukturen: Zellstruktur eines Gram-positiven Prokaryoten.

Anders als bei vielzelligen Organismen ist die Zunahme der Zellgröße (Zellwachstum und Vermehrung durch Zellteilung) bei einzelligen Organismen eng miteinander verbunden. Bakterien wachsen bis zu einer festen Größe und vermehren sich dann durch binäre Spaltung, eine Form der ungeschlechtlichen Fortpflanzung.

Abbildung: Zellteilung: Viele Bakterien vermehren sich durch binäre Spaltung.

Das vielleicht offensichtlichste strukturelle Merkmal von Bakterien ist (mit einigen Ausnahmen) ihre geringe Größe. Zum Beispiel sind Escherichia coli-Zellen, ein Bakterium von „durchschnittlicher” Größe, ungefähr 2 Mikrometer (&mum) lang und 0,5 &mgr;m im Durchmesser. Eine geringe Größe ist äußerst wichtig, da sie ein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen ermöglicht, das eine schnelle Aufnahme und intrazelluläre Verteilung von Nährstoffen und Ausscheidung von Abfallstoffen ermöglicht.

Der Begriff „Bakterien&rdquo wurde traditionell auf alle mikroskopischen, einzelligen Prokaryonten mit den oben beschriebenen ähnlichen Merkmalen angewendet. Die molekulare Systematik zeigt jedoch, dass prokaryontisches Leben aus zwei getrennten Domänen besteht, die ursprünglich Eubakterien und Archaebakterien genannt wurden, jetzt aber Bakterien und Archaeen genannt werden, die sich unabhängig von einem alten gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben. Die Archaeen und Eukaryoten sind enger miteinander verwandt als beide mit den Bakterien. Es sollte beachtet werden, dass Bakterien und Archaea physikalisch ähnlich sind, aber unterschiedliche Ursprünge haben, wie durch die DNA der Genome bestimmt, die unterschiedliche Prokaryoten kodieren.

Abbildung: Archaeen und andere Domänen: Phylogenetischer Baum, der die Beziehung zwischen den Archaeen und anderen Lebensbereichen zeigt. Eukaryoten sind rot, Archaeen grün und Bakterien blau gefärbt.


Biologie Hinweise zur mikrobiellen Diversität | Mikrobiologie

Der unten genannte Artikel enthält Hinweise zur mikrobiellen Diversität.

Der Begriff ‘mikrobielle Vielfalt’ oder Biodiversität ist so bekannt geworden, dass auch ein Beamter sich dessen bewusst ist. Mikrobielle Diversität wird als die Variabilität zwischen lebenden Organismen definiert. Der Hauptschlüssel der mikrobiellen Vielfalt auf der Erde ist auf die Evolution zurückzuführen. Die strukturelle und funktionelle Vielfalt jeder Zelle stellt ihr evolutionäres Ereignis dar, das durch die Darwinsche Theorie der natürlichen Auslese stattfand.

Natürliche Selektion und das Überleben der fittesten Theorie sind an den Mikroorganismen beteiligt. Dazu gehört die Vielfalt innerhalb von Arten, zwischen Arten und von Ökosystemen. Dies wurde erstmals 1986 im Titel einer wissenschaftlichen Tagung in Washington D.C. verwendet.

Die aktuelle Liste der Biodiversität der Welt ist ziemlich unvollständig (Tabelle 2.1) und die der Viren, Mikroorganismen und Wirbellosen ist besonders mangelhaft. Die Pilzdiversität gibt die Gesamtzahl der Arten in einer bestimmten taxonomischen Gruppe an. Die Schätzungen von 1,5 Millionen Pilzarten basieren hauptsächlich auf einem Verhältnis der Gefäßpflanzen von Pilzen von etwa 1:6 (Abb. 2.1).

Abb. 2.1: Die Anzahl der bekannten Arten von Mikroorganismen in der Welt.

Versuche, die Gesamtzahl von Bakterien, Archaeen und Viren zu schätzen, sind aufgrund von Schwierigkeiten wie der Erkennung und Wiederherstellung aus der Umwelt, unvollständiger Kenntnisse über obligate mikrobielle Assoziationen, z. unvollständige Kenntnisse über Symbiobacterium thermophilum und das Problem des Artenkonzepts in diesen Gruppen.

Nehmen wir den Fall von Mykoplasmen, die Prokaryonten sind, die obligat mit eukaryontischen Organismen assoziiert sind, häufig einen traditionellen Ernährungsbedarf haben oder monokultiviert werden können und eine bemerkenswerte Vielfalt aufweisen. Auf der anderen Seite gibt es eine Gruppe von Spiro-Plasma, die 1972 entdeckt wurde und möglicherweise die größte Gattung der Erde ist.

Spiro-Plasmaarten sind grundsätzlich mit Insekten verbunden, und die Gesamtrate der Isolierung neuer Arten aus solchen Quellen von jährlich 6% weist auf Artenreichtum hin. In ähnlicher Weise unterstützen marine Ökosysteme wahrscheinlich eine üppige mikrobielle Vielfalt. Darüber hinaus kann die mikrobielle Diversität in Bezug auf Zellgröße, Morphologie, Stoffwechsel, Motilität, Zellteilung, Entwicklungsbiologie, Anpassung an extreme Bedingungen usw.

Die mikrobielle Diversität scheint daher weitgehend obligate oder fakultative Assoziationen mit höheren Organismen widerzuspiegeln und durch die raumzeitliche Diversität ihrer Wirte oder Partner bestimmt zu werden.

1. Die mikrobielle Vielfalt aufdecken:

Die Wahrnehmung der mikrobiellen Diversität wird durch DNA-Techniken wie DNA-DNA-Hybridisierung, Nukleinsäure-Fingerprinting und Methoden zur Bewertung des Ergebnisses von DNA-Sondierungen radikal verändert, und derzeit vielleicht am wichtigsten ist die 16S-rRNA-Sequenzierung.

Die 16S rRNA hat die Klassifizierung von Mikroben in 3 Domänen radikal verändert, die Bakterien, Archaea und Eukarya. Während die DNA-basierte Analyse (DNA-Fingerprinting durch Restriktionsfragmentlängen-Polymor­phismus, d. h. RFLP-Analyse) eine andere anerkannte Technik zur Bewertung von Rebeziehungen zwischen Organismen ist, insbesondere wenn sie eng verwandt sind. Holben (1988) hat Brady-Rhizobium japonicum selektiv bei Dichten von nur 4,3 × 10 3 Organismen/Gramm trockener Böden nachgewiesen.

2. Das Konzept der mikrobiellen Spezies:

Die biologische Vielfalt oder Biodiversität wird tatsächlich als Teil der Evolution von Organismen entwickelt, und die kleinste Einheit der mikrobiellen Vielfalt ist eine Art. Bakterien werden aufgrund fehlender Sexualität, Fossilien usw. als eine Gruppe ähnlicher Stämme definiert, die sich durch genotypische, phänotypische und ökologische Merkmale ausreichend von anderen ähnlichen Gruppen von Stämmen unterscheiden.

Der Ad-hoc-Ausschuss für (der Abgleich des Ansatzes des Internationalen Ausschusses für Systematische Bakteriologie (ICSB) empfahl 1987, dass Bakterienarten Stämme mit ungefähr 70 % oder mehr DNA-DNA-Verwandtschaft und mit 5 % oder weniger thermischer Stabilität umfassen würden.

Daher ist eine Bakterienspezies eine genomische Spezies, die auf DNA-DNA-Verwandtschaft basiert, und das moderne Konzept der Bakterienspezies unterscheidet sich von denen anderer Organismen. In der Literatur sind bisher mehr als 69.000 Arten in 5100 Pilzgattungen und etwa 4.760 Arten in etwa 700 Bakteriengattungen beschrieben, wie in Tabelle 2.1 angegeben.

3. Bedeutung des Studiums der mikrobiellen Diversität:

Wie von der American Society of Microbiology unter der Forschungspriorität Microbial Diversity Research zitiert, “mikrobielle Diversität umfasst das Spektrum der Variabilität zwischen allen Arten von Mikroorganismen in der natürlichen Welt und wie sie durch menschliche Eingriffe verändert werden”. Die Rolle von Mikroorganismen sowohl auf dem Land als auch auf dem Wasser, einschließlich der Rolle der ersten Kolonisatoren, hat eine mildernde Wirkung auf natürlich vorkommende und vom Menschen verursachte gestörte Umgebungen.

Aktuelle Beweise deuten darauf hin, dass es vielleicht 3 bis 10 lakh Arten von Prokaryoten auf der Erde gibt, aber nur 3100 Bakterien werden in Bergeys Handbuch beschrieben. Immer mehr Informationen werden benötigt und werden von Wert sein, da Mikroorganismen wichtige Wissensquellen über Strategien und Grenzen des Lebens sind.

Es gibt Ressourcen für neue Gene und Organismen von Wert für die Biotechnologie, dort können Diversitätsmuster zur Überwachung und Vorhersage von Umweltveränderungen genutzt werden. Mikroorganismen spielen eine Rolle in der Konservierungs- und Restaurierungsbiologie höherer Organismen. Die mikrobiellen Gemeinschaften sind ein hervorragendes Modell für das Verständnis biologischer Interaktionen und der Evolutionsgeschichte.

Molekulare mikrobiologische Methoden mit DNA-DNA-Hybridisierung und 16S-rRNA-Sequenzierung usw. sind jetzt hilfreicher beim Nachweis der mikrobiellen Diversität. Als Quelle für molekulare und makromolekulare Informationen über Mikroorganismen werden immer mehr Datenbanken verfügbar. Es werden neue Technologien entwickelt, die auf diversen Organismen von der Diagnostik über Biosensoren bis hin zu Biokatalysatoren basieren.

In den 1990er Jahren ist die mikrobielle Vielfalt aufgrund der Bemühungen von Umweltmikrobiologen, die die Vielfaltsflamme während der Jahre des Paradigmas am Leben erhalten haben, in einer neuen und aufregenden Form vorgekommen.

Die molekulare Revolution, die die Umweltmikrobiologie und -shyogie erfasst hat, hat gezeigt, wie vielfältig Mikroben wirklich sind. Es hat auch neue Wellen der Kreativität bei der RNA-Sequenzanalyse ausgelöst, um die metabolischen Aktivitäten und die Genregulation von Mikroben in situ zu beweisen.

Die gewinnbringenden Vorteile können durch die Anreicherung der mikrobiellen Vielfalt entstehen. Mikrobielle Genome können für die rekombinante DNA-Technologie und die Gentechnik von Organismen mit umwelt- und energiebezogenen Anwendungen verwendet werden. Das Auftreten neuer menschlicher Krankheitserreger wie SARS gewinnt aufgrund der Bedrohung der öffentlichen Gesundheit an Bedeutung, kann durch die Analyse der Genome eines solchen Krankheitserregers gelöst werden.

Kultursammlungen können eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der genetischen Vielfalt von Mikroorganismen spielen. Mikrobielle Informationen, einschließlich molekularer, phänotypischer, chemischer, taxonomischer, metabolischer und ökologischer Informationen, können in Datenbanken hinterlegt werden. Eine große Anzahl noch unerforschter Mikroorganismen kann zu nützlichen Informationen führen.

Dies kann durch die multidisziplinäre Einbindung von Experten noch verstärkt werden. Es besteht ein zwingender Bedarf an der Entdeckung und Identifizierung von mikrobiellen Biokontrollmitteln, einer Bewertung ihrer Wirksamkeit usw.

Die molekulare Natur der Genome einiger wichtiger Pathogene ist notwendig, um die Pathogenese, Biokontrolle und Bioremediation von Umweltverschmutzung usw. zu verstehen, und hilft außerdem bei der schnellen Entschlüsselung und Diagnose und bei der Identifizierung von Genen für die Übertragung wünschenswerter Eigenschaften.

Mikroorganismen sind sensible Indikatoren für die Umweltqualität. Daher kann die mikrobielle Diversität bei der Bestimmung des Umweltzustands eines bestimmten Lebensraums eines Ökosystems hilfreich sein. Die vielfältigen Mikroorganismen können Krankheiten verursachen und könnten potentiell als biologische Waffen verwendet werden. Zu wissen, was wahrscheinlich vorhanden ist, kann bei der schnellen Diagnose und Behandlung helfen.

Der biologische Abbau und die biologische Sanierung sind potenziell wichtig für die Reinigung und Zerstörung unerwünschter Materialien. Ebenso wichtig ist die mikrobielle Vielfalt mariner Mikroorganismen. Manchmal ist es hilfreich, die Kontamination von Sea&Shyfood durch pathogene Mikroorganismen wie z.B. Vibrio vulnificus kontaminierte Austern. Blaualgen und Cyanophagen sind weitere gefährliche Organismen für die Aquakulturindustrie.

4. Mikrobielle Evolution:

Die mikrobielle Evolution ist mit der Verwendung molekularer Phylogenien zur Bestimmung der Verwandtschaft in eine neue Ära eingetreten. Sicherlich bleibt diese Art der phylogenetischen Analyse umstritten, aber sie hat die Möglichkeit eröffnet, sehr unterschiedliche Mikroben mit einem einzigen Maßstab zu vergleichen und zu versuchen, ihre Geschichte abzuleiten.

Einige Wissenschaftler sind der Meinung, dass das ‘Versagen’ der molekularen Methoden, eine einzige eindeutige evolutionäre Progression von einem einzelnen Vorfahren bis zur gegenwärtigen Palette von Mikroorganismen zu finden.

Die zunehmende Anerkennung der Allgegenwart und Häufigkeit von Gentransferereignissen eröffnet die Möglichkeit, ganz wesentliche Prokaryonten zu erlernen, indem man einen zentralen Kern von Genen etabliert, der nicht an der allgemeinen Orgie des Gentransfers teilgenommen hat. Die zunehmende Zahl von Genomsequenzen kann auch zu einem besseren Verständnis der Evolutionsgeschichte von Mikroben beitragen.


Arten der mikrobiellen Interaktion

Es gibt zwei Arten von Interaktionen, die auf positivem und negativem Affekt basieren.

Positive mikrobielle Interaktion

Es ist die Art der Interaktion, bei der beide Personen interagieren oder zusammenarbeiten, um eine positive Beziehung zum gegenseitigen Nutzen aufzubauen. In positiver Interaktion können die Organismen zweier verschiedener Populationen eine konsistente, vorübergehende und obligatorische Beziehung aufbauen. Es gibt drei Arten von positiver Interaktion, wie wir im Bild sehen können:

Gegenseitigkeit

Es handelt sich um eine positive Interaktion, bei der beide mikrobiellen Populationen zum gegenseitigen Nutzen voneinander abhängig sind. Die Wirkung des Mutualismus ist sowohl für die Bevölkerung positiv. Beide interagierenden Individuen im Mutualismus werden als . bezeichnet Symbionten. Mutualismus ist also eine Art symbiotische Beziehung, in der die beiden Organismen eng zusammenleben. Daher ist die Wirkung des Mutualismus +/+, als Ergebnis einer Interaktion.

  1. Das Zusammenspiel von Darmflora und Mensch: Einige Mikroben befinden sich im Verdauungstrakt des Menschen und gelten als Darmmikroflora oder Darmmikrobiota. Die Darmflora umfasst einige Bakterien, Archaeen und Pilze, die leben symbiotisch im menschlichen Darm. Die Darmflora profitiert, indem sie die im menschlichen Körper gespeicherte Energie nutzt und auch dem Wirt (Mensch) einen Nutzen bringt, indem sie Widerstand gegen die Besiedlung exogener Mikroben leistet, die Vitaminsynthese fördert, bei der Verdauung hilft und ein kompetentes Immunsystem entwickelt.
  2. Eine Interaktion zwischen Trichonympha und Termiten: Trichonympha ist ein Protozoon, das beim Abbau des komplexen Kohlenhydrats (Zellulose) im Holz in Einfachzucker, der von den Termiten verwertet wird. Die Trichonympha lebt symbiotisch im Darm der Termiten und profitiert davon, Schutz und konstante Nahrungszufuhr durch die kauende Wirkung der Termiten.
  3. Wechselwirkung von Chlorella mit Paramecium: Paramecium bursaria (Ciliated Protist) beherbergt die Algenzellen von Chlorella-Arten. Die Chlorella sp. befindet sich im Zytoplasma von P. bursaria und beide fungieren als Gastgeber füreinander. P. bursaria Lieferungen Kohlendioxid und schützt die Tausenden von Algenzellen. Zur selben Zeit, Chlorella sp. (Endosymbiont) hilft P. bursaria um unter anaeroben Bedingungen zu überleben und bietet Maltose als Energiequelle.

Protokooperation

Es ist dem Mutualismus sehr ähnlich. Im Gegensatz zum Mutualismus sind die beiden interagierenden Arten bei der Protokooperation nicht voneinander abhängig, d. h. sie interagieren nur zu dem Nutzen, den sie erhalten. Die an der Protokooperation beteiligten Organismen teilen keine obligatorische Beziehung, d. h. die Organismen sind nicht eng abhängig auf einander. Daher ist der Effekt der Proto-Kooperation +/+, als Ergebnis einer Interaktion.

  • Die Wechselwirkung zwischen Desulfovibrio und Chromatium: Beide Desulfovibrio und Chromat kooperieren und am Kohlenstoff- und Schwefelkreislauf teilnehmen.
  • Die Wechselwirkung zwischen stickstofffixierenden Bakterien und Cellulomonas: Sowohl stickstofffixierende Bakterien als auch Zellulomonas kooperieren im Stickstoffkreislauf.

Kommensalismus

Es ist die dritte Art der positiven Interaktion. Im Kommensalismus profitiert der eine mit dem anderen verbundene Organismus, genannt kommensal, während der andere Organismus weder profitiert noch geschädigt wird. Daher ist die Wirkung des Kommensalismus +/0, als Ergebnis einer Interaktion.

  • Die Interaktion zwischen Flavobacterium und Legionella pneumophila: Flavobakterium sondert Cystin ab, das beim Überleben von hilft Legionella pneumophila im aquatischen Lebensraum. Legionella pneumophila gedeiht in einem aquatischen Lebensraum.
  • Wechselwirkung von Nitrosomonas und Nitrobacter: Die Nitrosomonas oxidieren Ammoniak zu Nitrit und Nitrobacter nutzt Nitrit zur Energiegewinnung und oxidiert es zu Nitrat.

Negative mikrobielle Interaktion

Es ist die Art der Interaktion zwischen den beiden mikrobiellen Populationen, bei der die eine Population der Mikroorganismen profitiert, während die andere betroffen ist. Ein Organismus greift die anderen Organismen entweder an oder hemmt sie für das Überleben und die Nahrungsquelle in einer negativen Wechselwirkung.
Es gibt vier Arten von negativer Interaktion, wie wir auf dem Bild sehen können:

Wettbewerb

Es ist eine Art negativer Interaktion, bei der zwei verschiedene Organismen um die gleichen Ressourcen konkurrieren. Durch die Konkurrenz um die gleichen Ressourcen kommt es zu einer Ressourcenbeschränkung, durch die beide Organismen beeinträchtigt werden. Die Konkurrenz zwischen Organismen derselben Spezies wird als intraspezifische Konkurrenz bezeichnet und die Konkurrenz zwischen den Organismen verschiedener Arten wird als interspezifische Konkurrenz bezeichnet. Daher ist die Wirkung des Wettbewerbs -/-, als Ergebnis einer Interaktion.

  • Die Wechselwirkung zwischen Paramecium cadatum und Paramecium aurelia: Paramecium cadatum und Paramecium aurelia konkurrieren um die gleichen Bakterien als Nahrungsquelle. P. aurelia verdrängt P. cadatum Überleben.

Schmarotzertum

Es ist eine negative Wechselwirkung, bei der ein Organismus eng vom anderen abhängt und davon lebt, um alle Nährstoffe einzudringen Parasit. Der Parasit, der den anderen Organismus angreift, heißt a Gastgeber. Beim Parasitismus ist die Wirt-Parasit-Beziehung eine obligatorische Interaktion, bei der ein Parasit für sein Wachstum und seine Vermehrung dringend eine lange Interaktion benötigt.

Die außerhalb der Wirtszelle lebenden Parasiten heißen Ektoparasiten. Die in der Wirtszelle lebenden Parasiten heißen Endoparasit. Beim Parasitismus profitiert ein Organismus (Parasit) und die Wirtszelle wird zerstört. Daher ist die Wirkung von Parasitismus +/-, als Ergebnis einer Interaktion.

  • Die Wechselwirkung zwischen Viren und Bakterien: Die Bakteriophagen sind die Viren, die Bakterien jagen. Sie infizieren Bakterien, indem sie ihr virales Genom in das Zytoplasma der Wirtszelle eindringen, wo das Genom repliziert und Strukturproteine ​​für den Zusammenbau der Parasiten (Bakteriophagen) übersetzt. Somit entführen die Bakteriophagen die Bakterienzellmaschinerie, um ihre eigene Population zu vergrößern.
  • Interaktion von Bdellavibrio und gramnegativen Bakterien: BdellavibrioBakterienfresser wirkt als Parasit für einige der gramnegativen Bakterien. BdellavibrioBakteriovoren dringt in die gramnegative Bakterienzelle ein und verbleibt für kurze Zeit im periplasmatischen Raum. Später, BdellavibrioBakteriovoren baut die Peptidoglycanschicht ab und reißt die Wirtszelle über hydrolytische Enzyme auf, um ihre Nachkommen freizusetzen.

Ammensalismus

Es heißt auch Antagonismus. Es ist eine Art negativer Interaktion, bei der ein Organismus eine hemmende Substanz für den anderen produziert. Eine Population ist entweder nicht betroffen oder profitiert davon, und die andere ist im Ammensalismus gehemmt. Es ist eine Art chemischer Hemmung. Daher ist die Wirkung der Prädation 0/-, als Ergebnis einer Interaktion.

  • Der Vaginaltrakt produziert Milchsäure, das die pathogenen Arten hemmt wie Candida albicans.
  • Die Mikroflora der Haut produziert Fettsäuren die das Wachstum von pathogenen Bakterien der Haut hemmen.
  • Penicillium ist ein Pilz, der sich absondert Penicillin, das als Hemmstoff für das Wachstum von Bakterien wirkt.
  • Thiobacillus-Thiooxidans produziert Schwefelsäure, die das Wachstum der meisten Bakterien hemmt, indem der pH-Wert des Kulturmediums gesenkt wird.

Prädation

Es ist eine Art negativer Interaktion, bei der ein Organismus den anderen Organismus verschlingt oder angreift Raubtier. Das Raubtier, das den anderen Organismus angreift, heißt Beute. Ein Organismus (Raubtier) profitiert von der Prädation, und der andere (Beute) wird getötet. Daher ist die Wirkung der Prädation +/-, als Ergebnis einer Interaktion.

Beispiel:
Bdellavibrio und einige Protozoen sind die Räuber, die die anderen Bakterien angreifen.

Abschluss

Daraus können wir schließen, dass alle biotischen Komponenten wie Pflanzen, Tiere und Mikroorganismen in Bezug auf Nahrung, Ressourcen und das Überleben im Ökosystem irgendwie miteinander verbunden sind. Die Interaktion kann entweder zwischen den Organismen derselben Art oder verschiedener Arten auftreten. Daher kooperieren einige Organismen zum gegenseitigen Nutzen, andere konkurrieren miteinander. Die Interaktion zwischen den beiden mikrobiellen Populationen wird definitiv eine Wirkung haben, die einseitig oder wechselseitig sein kann.


Was sind Bakterienarten?

AbstraktDie Bakteriensystematik hat noch keinen Konsens erreicht, um die grundlegende Einheit der biologischen Vielfalt, die Art, zu definieren. Das vergangene halbe Jahrhundert der bakteriellen Systematik war durch verbesserte Methoden zur Abgrenzung von Arten als phänotypische und genetische Cluster gekennzeichnet, aber die Abgrenzung der Arten wurde nicht von einem theoriebasierten Artenkonzept geleitet. Eukaryotische Systematiker haben ein universelles Artenkonzept entwickelt: Eine Art ist eine Gruppe von Organismen, deren Divergenz durch eine Kohäsionskraft begrenzt wird. Die Divergenz zwischen verschiedenen Arten ist irreversibel und verschiedene Arten sind ökologisch verschieden. Bei Bakterien werden diese universellen Eigenschaften nicht von den genannten Systematikarten, sondern von Ökotypen gehalten. Dies sind Populationen von Organismen, die dieselbe ökologische Nische besetzen, deren Divergenz immer wieder durch natürliche Selektion beseitigt wird. Diese Ökotypen können durch mehrere universelle sequenzbasierte Ansätze entdeckt werden. Diese molekularen Methoden legen nahe, dass eine typische benannte Art viele Ökotypen enthält, von denen jeder die universellen Eigenschaften einer Art besitzt. Eine benannte Bakterienart ist also eher eine Gattung als eine Art.


Extremophil

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Extremophil, ein Organismus, der gegenüber Umweltextremen tolerant ist und sich entwickelt hat, um unter einer oder mehreren dieser extremen Bedingungen optimal zu wachsen, daher das Suffix phile, was "jemand, der liebt" bedeutet.

Extremophile Organismen sind hauptsächlich prokaryotisch (Archaea und Bakterien), mit wenigen eukaryotischen Beispielen. Extremophile werden durch die Umweltbedingungen definiert, unter denen sie optimal wachsen. Die Organismen können als azidophil (optimales Wachstum zwischen pH 1 und pH 5) alkaliphil (optimales Wachstum über pH 9) halophil (optimales Wachstum in Umgebungen mit hohen Salzkonzentrationen) thermophil (optimales Wachstum zwischen 60 und 80 °C [140 und 176 °F]) hyperthermophil (optimales Wachstum über 80 °C [176 °F]) psychrophil (optimales Wachstum bei 15 °C [60 °F] oder niedriger, mit einer maximalen Toleranztemperatur von 20 °C [68 °F] und minimales Wachstum bei oder unter 0 °C [32 °F]) piezophil oder barophil (optimales Wachstum bei hohem hydrostatischem Druck) oligotroph (Wachstum in nährstoffarmen Umgebungen) endolithisch (Wachstum im Gestein oder in Poren von Mineralkörnern) und xerophil (Wachstum .) unter trockenen Bedingungen mit geringer Wasserverfügbarkeit). Einige Extremophile sind gleichzeitig an mehrere Belastungen angepasst (Polyextremophile), häufige Beispiele sind Thermoacidophile und Haloalkaliphile.

Extremophile sind von biotechnologischem Interesse, da sie Extremozyme produzieren, definiert als Enzyme, die unter extremen Bedingungen funktionsfähig sind. Extremozyme sind in industriellen Produktionsverfahren und Forschungsanwendungen aufgrund ihrer Fähigkeit, unter den harten Bedingungen (z. B. hohe Temperatur, Druck und pH), die typischerweise in diesen Verfahren verwendet werden, aktiv zu bleiben, nützlich.

Die Untersuchung von Extremophilen liefert ein Verständnis der physikalisch-chemischen Parameter, die das Leben auf der Erde definieren, und kann einen Einblick in die Entstehung des Lebens auf der Erde geben. Die Annahmen, dass auf der primitiven Erde extreme Umweltbedingungen existierten und dass Leben in heißen Umgebungen entstand, haben zu der Theorie geführt, dass Extremophile Überreste urzeitlicher Organismen und somit Modelle des antiken Lebens sind.

Auch im Bereich der Astrobiologie sind Extremophile von wissenschaftlicher Bedeutung. Extremophile, die bei kalten Temperaturen aktiv sind, sind in diesem Bereich von besonderem Interesse, da die meisten Körper im Sonnensystem gefroren sind. Die Entdeckung von Mikroorganismen mit ungewöhnlichen biochemischen Eigenschaften, wie der Fähigkeit, Arsen anstelle von Phosphor für ihr Wachstum zu verwenden, ist auch für die Astrobiologie von Interesse, da außerirdische Umgebungen Lebensformen begünstigen können, die Elemente verwenden oder daraus bestehen, die normalerweise im Leben nicht vorkommen auf der Erde (sehen Schattenbiosphäre). Das Verständnis der Grenzen des Lebens auf der Erde liefert Wissenschaftlern daher Informationen über die mögliche Existenz von außerirdischem Leben und gibt Hinweise darauf, wo und wie man auf anderen Sonnenkörpern nach Leben suchen kann.


Endemische Krankheit

Während Lyme-Borreliose und Rückfallfieber in diesen Gebieten endemisch sind, sind sie nicht in Australien endemisch. Wenn es in Australien auch nur wenige Fälle von Borreliose gäbe, würde die Krankheit als Epidemie gelten, da das normale Niveau der Lyme-Borreliose in Australien Null ist.


Elektrisch leitfähige Filamente in vielen mikrobiellen Arten

Mikrofilamente, die Strom leiten können, sogenannte Nanodrähte, wurden vor einigen Jahren vom Team um Derek Lovley von der University of Massachusetts Amherst im Bakterium Geobacter entdeckt. Nun haben diese Wissenschaftler diese interessanten Strukturen in vielen anderen Spezies gefunden. Diese Arbeit wird wahrscheinlich das Feld der Erforschung von Nanodrähten erweitern. In einem Bericht im International Society of Microbial Ecology Journal könnte diese Forschung viele Anwendungen in der sogenannten grünen Energieerzeugung haben, da jetzt viel mehr Bakterien in der Lage sind, stromleitende Filamente zu beherbergen.

„Geobacter haben diese speziellen Filamente mit einer sehr kurzen grundlegenden Untereinheit namens Pilin entwickelt, die sich zu langen Ketten zusammenfügt, die einem verdrillten Seil ähneln. Die meisten Bakterien haben eine zwei- bis dreimal längere Grundeinheit. Elektrisch leitende Pili oder E-Pili zu haben, ist ein neues evolutionäres Ereignis bei Geobacter, daher war die Arbeitshypothese, dass diese Fähigkeit nur bei seinen nahen Verwandten zu finden wäre&rdquo, erklärte Lovley, der vor 30 Jahren begann, Arbeiten über Geobacter zu veröffentlichen.

„Es war überraschend für uns, und ich denke, viele Leute werden überrascht sein zu erfahren, dass die Vorstellung, dass Mikroben die kurze Pilin-Untereinheit benötigen, um E-Pili zu produzieren, falsch ist. Wir haben festgestellt, dass einige viel größere Pilins auch E-Pili produzieren können und dass die Fähigkeit, E-Pili zu exprimieren, in der Evolution verschiedener mikrobieller Gruppen mehrmals unabhängig entstanden ist.“ Er und Co-Autoren fügten hinzu, dass "-Pili eine wichtige Rolle im biogeochemischen Kreislauf von Kohlenstoff und Metallen und haben potenzielle Anwendungen als „grüne“ elektronische Materialien."

„Das ist eine tolle Entwicklung, denn jetzt wird sich das Feld erweitern. Mikrobiologen wissen jetzt, dass sie mit anderen Mikroben zusammenarbeiten können, um elektrisch leitfähige Filamente zu untersuchen. Wir haben eine breite Palette von Mikroben gefunden, die dies haben&rdquo, bemerkte Lovley. &bdquoEine interessante Sache, die wir bereits berichten können, ist, dass einige der neuen Bakterien, die wir identifiziert haben, Filamente mit einem Durchmesser von bis zu 10 Nanometern aufweisen. Die Filamente von Geobacter sind sehr dünn, nur drei Nanometer im Durchmesser. Beim Bau elektronischer Geräte wie Nanodrahtsensoren ist es viel einfacher, dickere Drähte zu manipulieren. Es wird auch einfacher sein, die strukturellen Merkmale aufzuklären, die mit den dickeren Drähten Leitfähigkeit verleihen, da es einfacher ist, ihre Struktur zu lösen."

Die Forscher hoffen, dass die Entdeckung vieler weiterer elektrisch leitender Protein-Nanodrähte zu einer Nachhaltigkeitsrevolution beitragen wird. "Unser derzeitiges System, beträchtliche Energie und seltene Ressourcen für die Herstellung von Elektronik zu verwenden und sie dann auf Giftmülldeponien im Ausland zu entsorgen, ist nicht nachhaltig", sagte Lovley. Die Schaffung von Mikroben, die elektronische Biologika synthetisieren, kann den Einsatz aggressiver Chemikalien überflüssig machen und erfordert einen geringeren Energieaufwand, bemerkte er. „Und die Mikroben essen billig. Im Fall von Geobacter füttern wir sie grundsätzlich mit Essig."

Die Wissenschaftler fanden Bakterienstämme, die durch Pilin-Gene hohe Stromdichten erzeugten. Sie stellten fest, dass E-Pili aufgrund aromatischer Aminosäuren in Pilin-Untereinheiten leitfähig sind. Dieses Erkennungsmerkmal hat die Identifizierung von Pilin-Genen erleichtert - sie haben eine hohe Dichte an aromatischen Säuren mit wenigen Lücken in den Pilin-Ketten.

Die Forscher gingen noch einen Schritt weiter und entfernten native Pilin-Gene aus Geobacter und ersetzten sie dann durch Gene eines anderen leitfähigen mikrobiellen Stamms. In mehreren Fällen wurde die Leitfähigkeit aufrechterhalten.

Over the years, Geobacter's unique features have led to may &lsquofirsts&rsquo in microbiology. "Now Geobacter has drawn us into electronics. I am excited to find out if these new electrically conductive protein nanowires from other bacteria might function even better than the Geobacter wires for applications such as biomedical sensors. The simple screening method described in our paper is identifying genes for conductive wires in diverse microorganisms that may rely on electrical signaling for unique functions of biomedical and environmental significance,&rdquo said Lovley.


Biologists Estimate that Earth is Inhabited by One Trillion Microbial Species

This colorized scanning electron micrograph shows Mycobacterium tuberculosis, gram-positive bacteria that cause tuberculosis. Image credit: Ray Butler / Centers for Disease Control and Prevention.

Dr. Kenneth Locey and Dr. Jay Lennon, both from the Indiana University’s Department of Biology, combined microbial, plant and animal community datasets from different sources, resulting in the largest compilation of its kind.

Altogether, these data represent over 5.6 million microscopic and nonmicroscopic species from 35,000 locations across all the world’s oceans and continents, except Antarctica.

“Our study combines the largest available datasets with ecological models and new ecological rules for how biodiversity relates to abundance,” Dr. Lennon said.

“This gave us a new and rigorous estimate for the number of microbial species on Earth.”

According to the team, older estimates were based on efforts that dramatically under-sampled the diversity of microorganisms.

“Before high-throughput sequencing, scientists would characterize diversity based on 100 individuals, when we know that a gram of soil contains up to a billion organisms, and the total number on Earth is over 20 orders of magnitude greater,” Dr. Lennon said.

The realization that microorganisms were significantly under-sampled caused an explosion in new microbial sampling efforts over the past several years.

“A massive amount of data has been collected from these new surveys. Yet few have actually tried to pull together all the data to test big questions,” Dr. Locey said. “We suspected that aspects of biodiversity, like the number of species on Earth, would scale with the abundance of individual organisms.”

“After analyzing a massive amount of data, we observed simple but powerful trends in how biodiversity changes across scales of abundance,” the scientists said.

“One of these trends is among the most expansive patterns in biology, holding across all magnitudes of abundance in nature.”

The study results, published in the Proceedings of the National Academy of Sciences, also suggest that actually identifying every microbial species on Earth is a huge challenge.

“The Earth Microbiome Project — a global multidisciplinary project to identify microscope organisms — has so far cataloged less than 10 million species. Of those cataloged species, only about 10,000 have ever been grown in a lab, and fewer than 100,000 have classified sequences,” Dr. Lennon said.

“Our results show that this leaves 100,000 times more microorganisms awaiting discovery — and 100 million to be fully explored. Microbial biodiversity, it appears, is greater than ever imagined.”

Kenneth J. Locey & Jay T. Lennon. Scaling laws predict global microbial diversity. PNAS, published online May 2, 2016 doi: 10.1073/pnas.1521291113


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The definition of a species is not so clear cut

A koala bear isn’t actually a bear, it’s a marsupial. Whales aren’t fish, they’re mammals. Tomatoes aren’t vegetables, they’re fruit. Almost nothing is actually a nut. Peanuts, brazil nuts, cashews, walnuts, pecans and almonds: none of them are really nuts (for the record, peanuts are legumes, brazils and cashews are seeds, and the others are all drupes). Hazelnuts and chestnuts are the exception: they are the elite, the “true” nuts.

We’ve all heard facts like this before. But they are more than just ammunition for pub conversation. They reflect an area of science known as biological taxonomy, the classification of organisms into different groups. At the core of this area lies the notion of the species. The basic idea is very simple: that certain groups of organisms have a special connection to each other. There is something that you and I have in common – we are both human beings. That is, we are members of the same species.

Biological taxonomy’s core aim is to sort all of the organisms of the world into species. Of course, this job really matters, both inside biology and out. The task of evolutionary biology is to track the evolution and development (and eventual extinction) of species. Outside of biology, conservation programmes routinely put various species on “endangered” lists, and urge us to donate money to stop them dying out. In order for any of this to make sense, we need to know how many species there are, and what a species even is.

So, what even is a species? The truth is, we don’t really have any idea.

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Was ist eine Art?

Die bekannteste Definition einer Art stammt von dem in Deutschland geborenen Biologen Ernst Mayr des 20. Jahrhunderts, der die Bedeutung der Kreuzung betonte. Die Idee (ungefähr) ist, dass zwei Organismen von derselben Art sind, wenn sie sich miteinander fortpflanzen können, um fruchtbare Nachkommen zu produzieren. Deshalb sind Esel und Pferd nicht die gleiche Art: Sie können züchten und Nachkommen zeugen, aber keine fruchtbaren Nachkommen.

Mayrs Art, über Arten nachzudenken, hat erstaunliche Konsequenzen. Aufgrund der steigenden Temperaturen in der Arktis kommen in letzter Zeit vermehrt Eisbären und Grizzlybären in Kontakt und bringen fruchtbare Nachkommen hervor. Die Nachkommen werden (entzückend) Grolar- oder Pizzlybären genannt. Dies deutet darauf hin, dass Polars und Grizzlys trotz radikaler Unterschiede in Größe, Aussehen, Winterschlafverhalten, Ernährung usw. tatsächlich dieselbe Art sein können.

Doch es dauerte nicht lange, bis die Probleme mit Mayrs Herangehensweise deutlich wurden. Die Definition verwendet den Begriff der Vermischung. Bei Pferden und Eisbären ist das alles sehr gut, aber kleinere Organismen wie Bakterien kreuzen sich überhaupt nicht. Sie vermehren sich völlig ungeschlechtlich, indem sie sich einfach in zwei Teile teilen. Diese Definition von Arten kann also nicht wirklich auf Bakterien angewendet werden. Vielleicht waren wir alle ein bisschen zu besessen von Sex, als wir anfingen, über Arten in Bezug auf Kreuzungen nachzudenken.

Vielleicht sollten wir also Sex vergessen und nach einer anderen Herangehensweise an Arten suchen. In den 1960er Jahren schlug ein anderer deutscher Biologe, Willi Hennig, vor, über Arten in Bezug auf ihre Abstammung nachzudenken. In einfachen Worten schlug er vor, einen Organismus zu finden und ihn dann mit seinen Kindern, seinen Kindern und seinen Kindern und seinen Kindern zu gruppieren. Schließlich haben Sie den ursprünglichen Organismus (den Vorfahren) und alle seine Nachkommen. Diese Gruppen werden Kladen genannt. Hennigs Erkenntnis war, dass wir so über Arten denken sollten.

Aber dieser Ansatz hat seine eigenen Probleme. Wie weit sollten Sie zurückgehen, bevor Sie den fraglichen Vorfahren auswählen? Wenn Sie in der Geschichte weit genug zurückgehen, werden Sie feststellen, dass so ziemlich jedes Tier auf dem Planeten einen Vorfahren hat. Aber wir wollen sicher nicht sagen, dass jedes einzelne Tier der Welt, von der bescheidenen Meeresschnecke bis hin zu Spitzenaffen wie dem Menschen, eine einzige große Spezies ist?

Enough of species?

This is only the tip of a deep and confusing iceberg. There is absolutely no agreement among biologists about how we should understand the species. One 2006 article on the subject listed 26 separate definitions of species, all with their advocates and detractors. Even this list is incomplete.

The mystery surrounding species is well known in biology, and commonly referred to as “the species problem”. Frustration with the idea of a species goes back at least as far as Darwin. In an 1856 letter to his friend Joseph Hooker, he wrote:

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“It is really laughable to see what different ideas are prominent in various naturalists’ minds, when they speak of ‘species’ in some, resemblance is everything and descent of little weight – in some, resemblance seems to go for nothing, and creation the reigning idea – in some, sterility an unfailing test, with others it is not worth a farthing. It all comes, I believe, from trying to define the indefinable.”

Darwin even dreamt of a time when a revolution would come about in biology. He proposed that one day, biologists could pursue their studies without ever worrying about what a species is, or which animals belong to which species. Indeed, some contemporary biologists and philosophers of biology have taken up this idea, and suggested that biology would be much better off if it didn’t think about life in terms of species at all.

Scrapping the idea of a species is an extreme idea: it implies that pretty much all of biology, from Aristotle right up to the modern age, has been thinking about life in completely the wrong way. The upshots of this new approach would be enormous, both for our scientific and philosophical view of life. It suggests that we should give up thinking about life as neatly segmented into discrete groups. Rather, we should think of life as one immense interconnected web. This shift in thinking would fundamentally reorient our approach to a great many questions concerning our relation to the natural world, from the current biodiversity crisis to conservation.

And, in a way, this kind of picture may be a natural progression in biological thought. One of the great discoveries of evolutionary biology is that the human species is not special or privileged in the grand scheme of things, and that humans have the same origins as all the other animals. This approach just takes the next step. It says that there is no such thing as “the human species” at all.

Henry Taylor is a Birmingham fellow in philosophy at the University of Birmingham. This article first appeared on The Conversation