bakteerit (eubacteria ja archaea)

mikrobiologia syntyi pitkälti bakteeritutkimusten kautta. Louis Pasteurin Ranskassa, Robert Kochin Saksassa ja muiden 1800-luvun lopulla tekemät kokeet osoittivat mikrobien merkityksen ihmisille. Kuten historiallisessa Tausta-osiossa todettiin, näiden tiedemiesten tutkimus tarjosi todisteita taudin alkio-teorialle ja fermentaatioteorialle. Heidän laboratorioissaan kehiteltiin menetelmiä näytteiden mikroskooppiseen tutkimiseen, mikrobien viljelyyn (kasvattamiseen) laboratoriossa, puhtaiden viljelmien eristämiseen sekaviljelypopulaatioista ja moniin muihin laboratoriomanipulaatioihin. Näitä tekniikoita, joita alun perin käytettiin bakteerien tutkimiseen, on muunneltu kaikkien mikro—organismien tutkimiseen-näin siirryttiin bakteriologiasta mikrobiologiaan.

mikrobimaailman muodostavia eliöitä luonnehditaan joko prokaryooteiksi tai eukaryooteiksi; kaikki bakteerit ovat prokaryoottisia eli yksisoluisia eliöitä, joilla ei ole kalvoon sitoutunutta tumaa. Niiden DNA (solun geneettinen materiaali) sen sijaan, että se olisi tumassa, on olemassa pitkänä, taittuneena lankana, jolla ei ole tiettyä sijaintia solun sisällä.

1970-luvun lopulle asti oli yleisesti hyväksytty, että kaikki bakteerit ovat evoluutiossa läheistä sukua toisilleen. Carl R. Woese ja Illinoisin yliopiston kolikkotutkijat, joiden tutkimus ribosomaalisesta RNA: sta laajasta elävien organismien kirjosta osoitti, että kaksi bakteeriryhmää kehittyi eri reittejä yhteisestä ja muinaisesta esivanhemmasta muodosta. Tämä löytö johti uuden terminologian perustamiseen tunnistamaan tärkeimmät erilliset mikrobiryhmät-nimittäin eubakteerit (perinteiset eli ”todelliset” bakteerit), arkaabakteerit (bakteerit, jotka erosivat muista bakteereista evoluution varhaisessa vaiheessa ja ovat erillisiä eubakteereista) ja eukarya (eukaryootit). Nykyään eubakteerit tunnetaan yksinkertaisesti todellisina bakteereina (tai bakteereina) ja muodostavat domeenin bakteerit. Näiden kolmen ryhmän eri jäsenten väliset evolutiiviset suhteet ovat kuitenkin muuttuneet epävarmoiksi, sillä eri mikrobien DNA-sekvenssien vertailut ovat paljastaneet monia hämmentäviä yhtäläisyyksiä. Tämän vuoksi nykyisten mikrobien tarkkaa syntyperää on hyvin vaikea selvittää. Muissakin mikrobeissa on yllättäen havaittu piirteitä, joiden on ajateltu olevan tunnusomaisia erillisille taksonomisille ryhmille. Esimerkiksi anaerobinen ammoniakin hapetin—” puuttuva lenkki ” globaalissa typen kierrossa-eristettiin ensimmäisen kerran vuonna 1999. Tällä bakteerilla (Planctomycetales-lahkoon kuuluva poikkeava jäsen) havaittiin olevan eukaryoottien kaltaisia sisäisiä rakenteita, soluseinä, jossa on arkaaisia piirteitä, ja hiivasolujen kaltainen lisääntymistapa (orastava).

bakteereilla on monenlaisia muotoja, kuten palloja, sauvoja ja spiraaleja. Yksittäisten solujen leveys on yleensä 0,5-5 mikrometriä (µm; metrin miljoonasosia). Vaikka bakteerit esiintyvät yksisoluisina, ne esiintyvät usein pareina, ketjuina, tetradeina (neljän ryhmissä) tai ryppäinä. Joillakuilla on flagellaa muistuttavia ulkoisia piiskamaisia rakenteita, jotka kuljettavat eliötä nestemäisen väliaineen läpi; joillakuilla on kapseli, solun ulkoinen päällyste; joillakuilla on itiöitä—lisääntymiskykyisiä elimiä, jotka toimivat paljolti samalla tavalla kuin siemenet kasvien keskuudessa. Yksi bakteerien tärkeimmistä ominaisuuksista on niiden reaktio Gram-tahraan. Soluseinän kemiallisesta ja rakenteellisesta koostumuksesta riippuen jotkin bakteerit ovat grampositiivisia ja omaksuvat tahran violetin värin, kun taas toiset ovat gramnegatiivisia.

mikroskoopilla arkeonit näyttävät paljolti bakteereilta, mutta niiden kemiallisessa koostumuksessa, biokemiallisissa toiminnoissa ja ympäristöissä on merkittäviä eroja. Kaikkien aitojen bakteerien soluseinät sisältävät kemiallista ainetta peptidoglykaania, kun taas arkhaialaisten soluseinistä tämä aine puuttuu. Monet arkhaialaiset tunnetaan kyvystään selviytyä epätavallisen ankarista ympäristöistä, kuten runsaista suola-tai happopitoisuuksista tai korkeista lämpötiloista. Nämä ekstremofiileiksi kutsutut mikrobit elävät esimerkiksi suolatasangoilla, lämpöaltaissa ja syvänmeren syvänteissä. Jotkut kykenevät ainutlaatuiseen kemialliseen toimintaan-metaanikaasun tuottamiseen hiilidioksidista ja vedystä. Metaania tuottavat arkaaiat elävät vain hapettomissa ympäristöissä, kuten suon mudassa tai märehtijöiden kuten nautojen ja lampaiden suolistossa. Tämä mikro-organismien ryhmä on kollektiivisesti hyvin monimuotoinen niissä kemiallisissa muutoksissa, joita se tuo ympäristöönsä.