Bakterien und Archaeen

Unter guten Laborbedingungen kann sich eine E.-coli-Zelle in etwa 20 Minuten in zwei Zellen teilen.

Drei häufige Formen

Bakterien werden oft nach ihrer Form beschrieben. Runde heißen Kokken (Einzahl: Kokkus), stäbchenförmige heißen Bazillen. Für gekrümmte Formen gibt es mehrere Namen: Eine kommaförmige Krümmung kennzeichnet ein Vibrio, eine starre Spirale ein Spirillum und eine bewegliche Schraubenform eine Spirochäte. Allein an der Form erkennt man die Art nicht. Sie gehört aber zu den ersten Merkmalen, die man bei einer mikrobiologischen Untersuchung unter dem Mikroskop festhält.

Im Inneren eines Bakteriums

Eine Bakterienzelle hat keinen Zellkern. Ihre DNA liegt in einem Bereich, dem Nukleoid. Die meisten Bakterien besitzen ein einziges ringförmiges Chromosom, es gibt jedoch Ausnahmen mit linearen Chromosomen. Das Cytoplasma enthält viele Ribosomen, die Proteine aufbauen. Es ist von einer Plasmamembran umgeben. Außerhalb davon besitzen die meisten Bakterien eine Zellwand mit Peptidoglycan, einem Netz aus Zuckern und kurzen Proteinketten. Manche Bakterien haben zusätzlich eine schleimige Kapsel außerhalb der Wand, peitschenartige Geißeln zum Schwimmen und kurze haarartige Pili zum Anheften an Oberflächen.

Zweiteilung

Die meisten Bakterien vermehren sich durch Zweiteilung, eine einfache Teilung in zwei Zellen. Zunächst wächst die Zelle und stellt mehr von ihren Bestandteilen her. Die Verdopplung des Chromosoms beginnt an einer Stelle, dem Replikationsursprung, und läuft in beide Richtungen um den Ring, bis beide Kopien vollständig sind. Das Protein FtsZ lagert sich dann in der Zellmitte zu einem Ring zusammen, dem Z-Ring. Weitere Proteine kommen hinzu. Eine neue Wand und Membran wachsen als Trennwand, das Septum, nach innen. Die Zelle schnürt sich in zwei Tochterzellen ab, jede mit einer vollständigen Genomkopie. Die Fortpflanzung der Prokaryoten ist stets ungeschlechtlich, obwohl Bakterien auf anderen Wegen Gene austauschen.

Zweiteilung ist nicht der einzige Weg. Manche Cyanobakterien bilden viele Nukleoide entlang eines Fadens und zerfallen dann gleichzeitig in viele neue Zellen. Das heißt Fragmentierung. Andere Bakterien bilden an einem Ende einen schmalen Fortsatz, dessen Spitze zu einer kleineren Zelle anschwillt, einer Knospe. Das Riesenbakterium Epulopiscium bildet mehrere Tochterzellen im Inneren der Mutterzelle. Diese bricht anschließend auf und setzt sie frei.

Bakterien sind weit über das Labor hinaus bedeutsam. Cyanobakterien betreiben dieselbe sauerstofffreisetzende Fotosynthese wie Pflanzen und Algen. Rhizobien in den Wurzelknöllchen von Erbsen und Bohnen wandeln Luftstickstoff in Ammoniak um, den die Pflanze in Proteine einbauen kann. Unzählige andere Bakterien zersetzen abgestorbenes Material in Boden und Wasser. Einige verursachen Krankheiten. Deshalb erfährst du in den nächsten Einheiten, wie schnell sie wachsen und wie Forschende lernten, sie zu erkennen.

Archaeen

Archaeen sehen unter dem Mikroskop wie Bakterien aus: einzelne Zellen ohne Zellkern. Sie haben aber eine eigene Entwicklungsgeschichte und unterscheiden sich in Genen, Chemie, Zellwänden und Membranen. Ihre Wände enthalten kein Peptidoglycan, einige methanogene Archaeen stattdessen den ähnlichen Stoff Pseudopeptidoglycan. Archaeen leben in fast jedem Lebensraum, auch an sehr heißen, kalten, sauren oder basischen Orten. Die farbigen Ringe des Morning Glory Pool, einer heißen Quelle im Yellowstone-Nationalpark, stammen von verschiedenen mikrobiellen Lebensgemeinschaften bei unterschiedlichen Wassertemperaturen.