bacteriën (eubacteriën en archaea)

Microbiologie kwam grotendeels tot stand door studies van bacteriën. De experimenten van Louis Pasteur in Frankrijk, Robert Koch in Duitsland, en anderen in de late jaren 1800 vestigden het belang van microben voor mensen. Zoals vermeld in de sectie historische achtergrond, leverde het onderzoek van deze wetenschappers bewijs voor de kiemtheorie van ziekte en de kiemtheorie van fermentatie. Het was in hun laboratoria dat technieken werden bedacht voor het microscopisch onderzoek van specimens, het kweken van (groeiende) microben in het laboratorium, het isoleren van zuivere culturen van gemengde-cultuurpopulaties, en vele andere laboratoriummanipulaties. Deze technieken, oorspronkelijk gebruikt voor het bestuderen van bacteriën, zijn gewijzigd voor de studie van alle micro—organismen-vandaar de overgang van bacteriologie aan microbiologie.

de organismen die de microbiële wereld vormen worden gekarakteriseerd als prokaryoten of eukaryoten; alle bacteriën zijn prokaryotische-dat wil zeggen, eencellige organismen zonder een membraan-gebonden kern. Hun DNA (het genetische materiaal van de cel), in plaats van opgenomen in de kern, bestaat als een lange, gevouwen draad zonder specifieke locatie binnen de cel.

tot het einde van de jaren zeventig werd algemeen aangenomen dat alle bacteriën nauw verwant zijn in de evolutionaire ontwikkeling. Dit concept werd in 1977 uitgedaagd door Carl R. Woese en coinvesteerders aan de Universiteit van Illinois, wiens onderzoek naar ribosomaal RNA uit een breed spectrum van levende organismen vaststelde dat twee groepen bacteriën geëvolueerd door afzonderlijke routes van een gemeenschappelijke en oude voorouderlijke vorm. Deze ontdekking resulteerde in de oprichting van een nieuwe terminologie om de belangrijkste afzonderlijke groepen van microben te identificeren—namelijk, de eubacteriën (de traditionele of “ware” bacteriën), de archaea (bacteriën die van andere bacteriën in een vroeg stadium van evolutie divergeerden en van de eubacteriën onderscheiden zijn), en de eukarya (de eukaryoten). Tegenwoordig zijn de eubacteriën gewoon bekend als de echte bacteriën (of de bacteriën) en vormen de domeinbacteriën. De evolutionaire verhoudingen tussen diverse leden van deze drie groepen, echter, zijn onzeker geworden, aangezien vergelijkingen tussen de opeenvolgingen van DNA van diverse microben vele raadselachtige gelijkenissen hebben geopenbaard. Dientengevolge, is de nauwkeurige afkomst van de microben van vandaag zeer moeilijk op te lossen. Zelfs eigenschappen die kenmerkend worden geacht voor verschillende taxonomische groepen zijn onverwacht waargenomen in andere microben. Bijvoorbeeld, een anaerobe ammoniak-oxidator—de “ontbrekende schakel” in de wereldwijde stikstofcyclus—werd voor het eerst geïsoleerd in 1999. Deze bacterie (een afwijkend lid van de orde Planctomycetales) werd gevonden om interne structuren te hebben gelijkend op eukaryotes, een celwand met archaeïsche eigenschappen, en een vorm van reproductie (ontluikende) gelijkend op die van gistcellen.

bacteriën hebben een verscheidenheid aan vormen, waaronder bollen, staafjes en spiralen. Individuele cellen variëren in het algemeen in de breedte van 0,5 tot 5 micrometer (µm; miljoenste van een meter). Hoewel eencellige, bacteriën verschijnen vaak in paren, ketens, tetrads (groepen van vier), of clusters. Sommige hebben flagella, externe zweepachtige structuren die het organisme voortstuwen door vloeibare media; sommige hebben capsule, een externe coating van de cel; sommige produceren sporen—voortplantende lichamen die veel functioneren als zaden doen onder planten. Een van de belangrijkste kenmerken van bacteriën is hun reactie op de Gramkleur. Afhankelijk van de chemische en structurele samenstelling van de celwand, zijn sommige bacteriën grampositief, die de paarse kleur van de vlek aannemen, terwijl andere gramnegatief zijn.

door een microscoop lijken de archaea veel op bacteriën, maar er zijn belangrijke verschillen in hun chemische samenstelling, biochemische activiteiten en omgevingen. De celwanden van alle echte bacteriën bevatten de chemische stof peptidoglycaan, terwijl de celwanden van archeologen deze stof missen. Veel archeologen staan bekend om hun vermogen om ongewoon harde omgevingen te overleven, zoals een hoog zout-of zuurgehalte of hoge temperaturen. Deze microben, extremofielen genaamd, leven op plaatsen als zoutvlakten, thermale baden en diepzeeopeningen. Sommige zijn in staat om een unieke chemische activiteit—de productie van methaangas uit kooldioxide en waterstof. Methaanproducerende archaea leven alleen in omgevingen zonder zuurstof, zoals moerasslib of de darmen van herkauwers zoals runderen en schapen. Collectief vertoont deze groep micro-organismen een enorme diversiteit in de chemische veranderingen die het brengt in zijn omgevingen.