Hur jobbiga de än kan verka, bakterier spelar en avgörande roll för att hjälpa mänskligheten att frodas. Alexander Raths/iStock/Thinkstock Som en andande - och läsande - människa, du tjänar på bakterier just nu.
Från syret vi andas in till de näringsämnen som magen drar från maten, vi har bakterier att tacka för att de trivs på denna planet. I våra kroppar, mikroorganismer inklusive bakterier är fler än våra egna mänskliga celler 10 till 1, gör oss till mer mikro än människa [källa:Savage].
Vi har först nyligen börjat förstå dessa mikroskopiska organismer och deras inverkan på vår planet och hälsa, men historien tyder på att våra förfäder för århundraden sedan utnyttjade bakteriens kraft att jäsa mat och dryck (öl och bröd, någon?).
Det var inte förrän på 1600 -talet som vi började se bakterier på nära håll och personligt på en lika nära och personlig plats - den mänskliga munnen. Den ständigt nyfikna Anton van Leeuwenhoek upptäckte bakterier medan han undersökte ett prov av placket mellan sina egna tänder. Han blir poetisk i sitt skrivande, beskriver bakteriekolonin på sina pärlvita som "en liten vit substans, som är lika tjock som om "twere smet" [källa:Dobell]. Efter att ha placerat provet under ett sammansatt mikroskop, van Leeuwenhoek såg att mikroberna rörde sig. Det är levande!
Verkligen, bakterier var spelbytare för jorden, spelar en viktig roll i att skapa luft som andas och den biologiskt rika planet som vi kallar hem.
I den här artikeln, vi ger dig den stora bilden om dessa små men inflytelserika mikroorganismer. Vi ska titta på det goda, det dåliga och det helt bisarra sätt som bakterier har format människans historia och vår miljö. Att börja, Vi ger dig en nedgång i vad som gör bakterier annorlunda än andra typer av liv.
Innehåll
Bakterier saknar kärnan som celler hos människor, djur och växter har, vilket betyder att de är prokaryota celler. ttsz/iStock/Thinkstock Om en enda bakterie inte syns för blotta ögat, hur kan vi veta så mycket om det?
Forskare har utvecklat kraftfulla mikroskop för att förstora bakterier - vanligtvis från en till en handfull mikron (en miljonedel av en meter) i längd, ge oss en inblick i deras inre arbete och hur de jämför sig med andra livsformer som växter, djur, virus och svampar.
Som ni kanske redan vet, celler fungerar som byggstenar i livet, oavsett om de komponerar våra egna vävnader eller en trädgren utanför ditt fönster. Människor, djur och växter har celler med genetisk information i en typ av membran som kallas a kärnan . Dessa typer av celler, kallad eukaryota celler , har specialiserade organeller, var och en med ett unikt jobb för att hålla cellen fungerande och frisk.
Bakterie, dock, saknar en kärna, och deras genetiska material, eller DNA, flyter fritt i cellen. Dessa mikroskopiska celler har inte organeller och har olika metoder för att reproducera och byta genetiskt material. Bakterier klassificeras som prokaryot celler .
Grundkategorier åt sidan, forskare placerar också bakterier i olika läger baserat på:
Mikrobiologi - studier av alla olika typer av mikrober inklusive bakterier, archaea, svampar, virus och protozoer - har utnyttjat en växande mängd kunskap för att ytterligare skilja bakterier från sina mikrobiella bröder.
Liknande prokaryota organismer som nu klassificerats i domänen archaea klumpades tidigare ihop med bakterier, men efter att forskare lärt sig mer om dem, de gav mikrober i archaea sin egen kategori för sina likheter med eukaryota celler.
Cyanobakterier äter solljus till frukost för att skapa syre. Auscape/Universal Images Group/Getty Images Som människor, växter och djur, bakterier behöver mat för att överleva.
Vissa bakterier är det autotrofer , vilket betyder att de använder grundläggande ingångar som solljus, vatten och kemikalier från miljön för att skapa mat (tänk cyanobakterier, som har förvandlat solljus till syre i ungefär 2,5 miljoner år) [källa:Konhauser et al.]. Andra bakterier är vad forskare kallar heterotrofer eftersom de hämtar energi från befintligt organiskt material för mat (tänk döda löv på skogsbotten).
Sanningen är den, vad som kan vara aptitfullt för bakterier är förmodligen motbjudande för oss. De har utvecklats för att trivas på alla möjliga saker, från oljeutsläpp och kärnkraftsprodukter till mänskligt avfall och sönderfallande material.
Men bakteriens förkärlek för en viss matkälla kan gynna samhället. Till exempel, konstexperter i Italien vände sig till bakterier för att tugga på överskott av salt och lim som hotar livslängden för ovärderliga konstverk [källa:Asociación RUVID]. Bakteriens förmåga att återvinna organiskt material kommer också till nytta, särskilt med tanke på deras enorma roll som återvinnare av jordens yta - både i mark och vatten.
Dagligen, du kanske är alltför bekant med de luktframkallande effekterna av hungriga bakterier från den funky lukten i papperskorgen medan de tar på dig dina rester, bryta ner dem och släppa sina egna gasformiga biprodukter. Det stannar inte där, fastän. Du har också bakterier att skylla på de naturkallande stunderna (ja, flatulens), när bakterier i tarmen släpper ut illaluktande metan under matsmältningen.
Denna biofilm - en klibbig massa av bakterier - innehåller Legionella pneumophila och Hartmannella vermiformis . BSIP/Universal Images Group/Getty Images Bakterier växer och bildar kolonier när de får chansen. Om mat och miljöförhållanden är gynnsamma, de kommer att reproducera och bilda klibbiga sammanslagningar som kallas biofilmer att överleva på olika ytor, från stenar i en bäck till kindtänder i munnen.
Biofilm har sina fördelar och problem. Å ena sidan, de gynnar spelare i naturen. Å andra sidan, de kan vara ett allvarligt hot. Till exempel, läkare som behandlar patienter med medicinska implantat och apparater är särskilt bekymrade över biofilm eftersom dessa ytor är främsta fastigheter för bakterier. En gång koloniserad, biofilmer kan producera biprodukter som är giftiga - och till och med dödliga - för människokroppen.
Som människor i städer, celler i biofilmer kommunicerar med varandra genom att skicka meddelanden för att dela information om mattillgänglighet och potentiella faror. Men snarare än att ringa sina grannar i telefon, bakterier skickar memon via kemikalier till sina närliggande vänner.
Men bakterier är inte rädda för att flyga ensam, antingen. Faktiskt, vissa arter har utvecklat sätt att hålla sig kvar i hårda förhållanden. När det inte finns mat kvar eller förhållandena blir värre, dessa bakterier bevarar sig själva genom att skapa ett tufft skal som kallas en endospor , sätta cellen i ett vilande tillstånd som bevarar bakteriens genetiska material [källa:Cornell University Department of Microbiology].
En forskare hittade till och med bakterier i en tidskapsel som avslöjades och undersöktes 100 år senare, medan andra grupper av forskare upptäckte bakterier som går tillbaka till 250 miljoner år sedan [källor:Silverman; Vreeland et al.]. Allt detta visar att bakterier kan bevara sig själva länge.
Nu när vi vet att bakterier är kolonisatorer som får möjligheten, låt oss ta en titt på hur de kommer dit genom division och reproduktion.
Ett E coli bakterie fångas i de tidiga stadierna av binär klyvning, eller delning i två identiska celler. CNRI/Science Photo Library/Getty Images Hur skapar bakterier i första hand kolonier?
Bakterie, som andra livsformer på jorden, måste göra kopior av sig själva för att överleva. Medan människor och andra organismer gör detta genom sexuell reproduktion, det fungerar lite annorlunda med bakterier.
Men först, Vi diskuterar varför mångfald är bra.
Livet genomgår naturligt urval , eller selektiva krafter i en given miljö som gör att en typ kan trivas och reproducera mer. Som du kanske minns från biologiklassen, gener är enheterna som instruerar en cell vad man ska göra - om man ska få håret att färgas brunt eller blont eller ögonen gröna eller blåa. Du får gener från båda dina föräldrar som ger en bra blandning. Dessutom, sexuell reproduktion ger upphov till mutationer , eller slumpmässiga förändringar i DNA, som skapar mångfald. Ju mer genetisk mångfald man kan dra, desto mer sannolikt kan en organism anpassa sig till begränsningar i en miljö.
För bakterier, reproduktion är inte en fråga om att träffa rätt mikrobe och slå sig ner; det replikerar helt enkelt sitt eget DNA och delar sig i två identiska celler. Denna process, kallad binär fission , uppstår när en enda bakterie klyver sig i två efter att den replikerat sitt DNA och flyttar det genetiska materialet till motsatta ändar av cellen.
Eftersom den resulterande cellen är genetiskt identisk med den den kom ifrån, denna reproduktionsmetod är inte precis det bästa sättet att skapa en mångsidig genpool.
Så hur får bakterier nya gener?
Det visar sig att bakterier använder trick för att få jobbet gjort, med slutresultatet horisontell genöverföring , eller utbyte av genetiskt material utan reproducering. Det finns några sätt som bakterier kan göra detta. En metod innebär att man plockar upp genetiskt material från miljön utanför cellen, förlitar sig på andra mikrober och bakterier (genom molekyler som kallas plasmider). Ett annat resultat från virus som använder bakterier som värdar. Vid infektion av nya bakterier, virusen lämnar för övrigt genetiskt material från tidigare bakterier i den nya [källa:Marraffini].
Att byta genetiskt material ger bakterier flexibilitet att anpassa sig - och vissa gör, när de känner stressiga förändringar i miljön, såsom matbrist eller kemiska förändringar.
Att utveckla en bättre förståelse för hur bakterier anpassar sig är oerhört viktigt för att förstå och bekämpa bakteriers resistens mot antibiotika i medicin. Bakterier kan utbyta genetiskt material så ofta att behandlingar som tidigare fungerade troligtvis inte kommer nästa gång.
Nu när vi har tittat närmare på hur bakterier fungerar på en mikroskopisk nivå, låt oss ta ett steg tillbaka för att se var du hittar dem i helheten.
Yellowstone National Parks Opalescent Pool får sina fantastiska färger från termofila bakterier. Michael Detay/Moment Open/Getty Images Frågan är inte, "Var är bakterierna?" men hellre, "Var finns inte bakterier?"
De finns nästan överallt på jorden. Det är omöjligt att ha full koll på antalet bakterier på planeten samtidigt, men vissa uppskattningar pekar på cirka 5 oktiljoner mikrober som bakterier och archaea - det är 10 till 28:e kraften! [källa:Whitman et al.]
Fäster ett nummer på hur många arter, eller klassificerbara typer, av bakterier finns det också fortfarande svårt. En uppskattning pekar på cirka 30, 000 formellt identifierade arter, men forskare lär sig ständigt och ökar sin kunskapsbas och tror att vi inte har repat ytan för det sanna antalet arter där ute [källa:Dykhuizen].
Sanningen är att bakterier har funnits länge, länge sedan. Faktiskt, de gav upphov till några av de tidigast kända fossilerna, går tillbaka 3,5 miljarder år [källa:University of California Museum of Paleontology]. Vetenskapliga bevis tyder på att cyanobakterier började skapa syre mellan 2,5 och 2,3 miljarder år sedan i världens hav, vilket gav upphov till jordens atmosfär och rikligt med syre för oss att andas [källa:Konhauser et al.].
Bakterier kan överleva i luften, vatten, jord, is och extrem värme; på växter; och även i våra tarmar, på vår hud och på andra djur.
Vissa bakterier är det extremofiler , vilket innebär att de tål extrema miljöer som antingen är mycket varma eller kalla eller som saknar de näringsämnen och kemikalier som vi vanligtvis förknippar med livet. Forskare har avslöjat bakterier i Mariana Trench, den djupaste platsen på jorden under Stilla havet, förutom undervattensuppvärmda ventiler och i is.
Men det roliga sträcker sig bortom forskarna inom området. Turister fascineras av bakteriens vackrare naturskönhet på platser som Opalescent Pool i Yellowstone National Park, som har färgglada termofila (värmekärliga) bakterier som färgar landmärket.
Houston, vi har bakterier.Bakterier som normalt inte har en negativ effekt på människors hälsa har ett steg upp i att bilda infektioner bland astronauter i rymden. För att bättre studera rymdflygningens effekter på bakterier, NASA skickade mikrober som vanligtvis orsakar behandlingsbara infektioner på jorden till rymden med Atlantis -uppdragen 2010 och 2011. Gruppen fann att grupper av dessa bakterier kunde bildas på sätt som de inte gjorde på jorden, ge forskare inblick i hur man kan förbättra hälsoutfall för astronauter i rymden, förutom människor på jorden.
Meticillinresistent Staphylococcus aureus (MRSA) kan orsaka sårinfektioner, lunginflammation och blodförgiftning hos utsatta människor. PASIEKA/Science Photo Library/Thinkstock Även om bakterier är tappra bidragsgivare till människors och planetens hälsa, de har också en mörk sida. Vissa bakterier har potential att vara det sjukdomsalstrande , vilket betyder att de kan orsaka sjukdom och sjukdom.
Under mänsklighetens historia, vissa bakterier har (förståeligt nog) fått en dålig rap, orsakar allmän ångest och hysteri. Ta pesten, till exempel. Bakterierna orsakar pest, Yersinia pestis , har inte bara dödat mer än 100 miljoner människor, men det föreslås också att ha format historien, bidrar till och med till att Romarriket kollapsade [källa:Centers for Disease Control and Prevention]. Innan antibiotika kom, eller mediciner som kan behandla bakteriella infektioner, infektioner var svåra att stoppa.
Även i dag, dessa patogena bakterier väger fortfarande tungt på våra sinnen. Bakterier som orsakar en rad sjukdomar - från mjältbrand, lunginflammation, hjärnhinneinflammation, kolera, salmonella och halsfluss till E coli och stafylokokinfektioner - kan trotsa våra behandlingar tack vare antibiotikaresistens .
Detta gäller särskilt för Staphylococcus aureus , bakterien ansvarig för stafylokokinfektioner. "Superbuggen" har inneburit enorma problem för sjukhus och hälsovårdskliniker, där patienter är mer benägna att utsättas för det under medicinska implantat och kateterinsättning.
I ett tidigare avsnitt, vi pratade om naturligt urval och hur vissa bakterier har mer olika gener för att hantera vad deras miljö kastar på dem. Om du har en infektion, och några av bakterierna i din kropp skiljer sig från andra, antibiotika kan ta hand om majoriteten av bakteriepopulationen. Men detta ger också mikroberna som inte påverkas av dina antibiotika utrymme att reproducera och ta tag. Det är därför läkare rekommenderar att hålla sig borta från antibiotika om du inte verkligen behöver dem.
Biologiska vapen är en annan skrämmande aspekt av detta samtal. Bakterier kan i vissa fall användas som vapen, inklusive att distribueras i mjältbrandskräck och inbäddas i aerosolsprayer.
Och det är inte bara människor som drabbas av bakterier. Verkligen, bakterier har till och med en aptit för det sjunkna havsfartyget Titanic, också [källa:Kaufman]. Arten, som heter Halomonas titanicae , tär på metallen på det historiska skeppet.
Vi har lärt oss hur bakterier kan vara skadliga. I nästa avsnitt, vi ska titta på hur de kan hjälpa oss.
Bakterier och tandhälsaSer man på, det slemmiga ämnet vi kallar plack på våra tänder är faktiskt från bakterier. Om det ges fria tyglar, dessa bakterier kan äta upp emaljen i våra tänder, så småningom ger oss hålrum. Arkeologer har plockat kunskap från det förflutna genom att studera mänskliga skalle och tänder för att lära sig mer om människors kost och mottaglighet för sjukdomar vid olika tidpunkter [källa:Watson].
Sir Alexander Fleming, en bakteriolog, upptäckte penicillin av en slump 1928. Peter Purdy/Hulton Archive/Getty Images Låt oss ta en stund för att undersöka bakteriens goda sida. Trots allt, det här är mikroberna som ger oss god mat som ost, öl, surdeg och andra jästa produkter. De är också de osunga hjältarna bakom medicin och främjar människors hälsa.
Vi har också bakterier att tacka för att forma mänsklig utveckling. Vetenskapen får mer information från mikrobiota , eller mikroorganismerna i våra egna kroppar, särskilt i vårt matsmältningssystem och tarm. Forskning tyder på att bakterier, och mångfalden och nya genetiska material som de tar med till våra kroppar, har tillåtit människor att anpassa sig till och utnyttja nya livsmedelskällor som de tidigare inte kunde använda [källa:Backhed et al.].
Se på det här sättet:Foder ytorna i din mage och tarm, bakterier "fungerar" för dig. När du äter, bakterier och andra mikrober hjälper dig att bryta ner och dra näringsämnen från mat, särskilt kolhydrater som majs, potatisar, bröd och ris. De mer mångsidiga bakterier vi konsumerar och utsätts för att bidra till denna mångfaldiga gemenskap i våra kroppar.
Även om vår kunskap om våra egna mikrobiella samhällen i bästa fall växer fram, det finns bevis som tyder på att brist på vissa mikrober och bakterier i kroppen kan knyta till en persons hälsa, ämnesomsättning, och mottaglighet för allergener och sjukdomar. Preliminära studier på möss tyder på att metabola sjukdomar som fetma är kopplade till mångfald och hälsa hos mikrobiomet snarare än vår dominerande syn på "kalorier i, kalorier ut "-metod [källa:Cox].
Även i ett tidigt skede, fekaltransplantationer som involverar delning av fekala mikroorganismer från en frisk individ till en annan person visar tidigt löfte. Ja, det här kanske inte är den bästa mentala bilden, men vetenskapen och möjligheterna att behandla vissa mag -tarmsjukdomar ser lovande ut. Det forskas på probiotika, mikrober som tros ha ytterligare hälsofördelar, men allmänna rekommendationer om deras användning har inte fastställts i november 2014.
Dessutom, bakterier har varit spelbytare i utvecklingen av vetenskapligt tänkande och humanmedicin. Bakterier spelade en ledande roll i utvecklingen av Kochs postulat 1884, en rad överväganden som knyter en given mikrob till sjukdom.
Bland annat bidrag, forskare som studerar bakterier upptäckte allvarligt penicillin - ett antibiotikum som har räddat otaliga liv - och, på senare tid, ett enklare sätt att redigera organismernas genomer som kan revolutionera medicinen [källa:Marraffini]. Forskare har modifierat bakterier för att gynna människors hälsa på många sätt, inklusive produktion av insulin för behandling av diabetes.
Vi har bara börjat förstå allt vi kan lära av våra bakterievänner.
Trots deras status som "tanklösa" mikrober, bakterier beter sig på fantastiska sätt. Ge dem ett hinder, och de kommer mer än troligt att hitta en väg runt det. Antibiotika på hemmaplan? De byter gener för att bättre överleva. Inte tillräckligt med mat? Inga problem, de kan fånga några Zzzs och gå vilande. Vi börjar bara lära oss bakteriens hemligheter, och den stora bilden blir tydlig:En bredd av komplext liv vimlar under våra näsor (och i dem också).
