Samantekt kafla

22.1 Fjölbreytileiki dreifkjörnunga

• Dreifkjörnungar voru til í milljarða ára áður en plöntur og dýr komu fram. Hverir og jarðhitahverir kunna að hafa verið þau umhverfi þar sem líf hófst. Talið er að örverumottur tákni elstu form lífs á jörðinni. Örverumotta er stór lífhimna og fyrstu steingervingarnir benda til þess að slíkar mottur hafi verið til fyrir um 3,5 milljörðum ára. Örverumotta er marglaga breiða dreifkjörnunga sem inniheldur einkum bakteríur en einnig fornbakteríur.

• Á fyrstu tveimur milljörðum ára var lofthjúpurinn súrefnislaus og aðeins loftfirrtar lífverur gátu lifað. Blábakteríur þróuðust frá fyrstu ljósháðu lífverunum og hófu súrefnisauðgun lofthjúpsins. Aukið súrefni olli útdauða margra loftfirrtra hópa og skapaði möguleika á þróun loftháðra lífvera. Dreifkjörnungar, sem tilheyra lénunum Bakteríur og Fornbakteríur, eru alls staðar; þeir lifa í öllu umhverfi á jörðinni.

• Bakteríur og fornbakteríur vaxa í nánast hvaða umhverfi sem er. Þær lífverur sem lifa við öfgafullar aðstæður kallast öfgakærar lífverur. Sumir dreifkjörnungar geta ekki vaxið á rannsóknarstofu, en þeir eru ekki dauðir; þeir eru í lífvænlegu en óræktanlegu ástandi (VBNC). VBNC-ástandið verður þegar dreifkjörnungar bregðast við streitu í umhverfi sínu. Flestir dreifkjörnungar eru félagslyndir og kjósa samfélag þar sem víxlverkanir fara fram. Lífhimna er örverusamfélag sem er haldið saman í límkenndu fylki.

22.2 Bygging dreifkjörnunga: Bakteríur og fornbakteríur

• Dreifkjörnungar, í lénunum Fornbakteríur og Bakteríur, eru einfruma lífverur sem skortir kjarna. Þeir hafa eina hringlaga DNA-sameind á kjarnasvæði frumunnar. Flestir dreifkjörnungar hafa frumuvegg utan við frumuhimnuna. Sumar tegundir hafa hjúp utan við frumuvegginn. Aðrar byggingar eru svipur og tengiþræðir. Bakteríur og fornbakteríur nota ólíka lípíðgerð í frumuhimnum sínum.

• Frumuveggurinn liggur utan við frumuhimnuna og kemur í veg fyrir osmótískt rof. Efnafræðileg samsetning frumuveggja er breytileg milli tegunda. Frumuveggir baktería innihalda peptíðóglýkan. Frumuveggir fornbaktería innihalda ekki peptíðóglýkan, en sumar fornbakteríur hafa svipað efni sem kallast gervipeptíðóglýkan. Bakteríum má skipta í tvo meginhópa, Gram-jákvæðar og Gram-neikvæðar, eftir svörun þeirra við Gram-litun.

• Dreifkjörnungar geta flutt DNA frá einni frumu til annarrar með þremur aðferðum: erfðaummyndun, það er upptöku DNA úr umhverfinu; veiruleiðslu, það er flutningi erfðaefnis-DNA með veirum; og bakteríutengingu, það er flutningi DNA með beinni frumusnertingu.

22.3 Efnaskipti dreifkjörnunga

Sem elstu núlifandi íbúar jarðar eru dreifkjörnungar einnig mjög fjölbreyttir í efnaskiptum. Þeir þrífast í margvíslegu umhverfi með ólíkum orku- og kolefnisgjöfum og breytilegu hitastigi, pH-gildi, þrýstingi og vatnsframboði. Næringarefni sem þarf í miklu magni kallast stórnæringarefni og næringarefni sem þarf í snefilmagni kallast snefilefni. Stórnæringarefni eru meðal annars C, H, O, N, P, S, K, Mg, Ca og Na. Auk þessara stórnæringarefna þurfa dreifkjörnungar ýmis málmkennd frumefni fyrir vöxt og ensímvirkni. Dreifkjörnungar nota mismunandi orkugjafa. Ljósháðar lífverur fá orku úr sólarljósi, en efnaháðar lífverur fá orku úr efnasamböndum.

Dreifkjörnungar gegna hlutverki í kolefnis- og niturhringrásunum. Framleiðendur binda koldíoxíð úr andrúmsloftinu og umbreyta því í lífræn efnasambönd. Neytendur, þar á meðal dýr og aðrar lífrænuefnaháðar lífverur, nota lífræn efnasambönd sem framleiðendur mynda og losa koldíoxíð út í andrúmsloftið. Mikilvægasti þáttur dreifkjörnunga í kolefnishringrásinni er niðurbrot. Nitur er endurunnið í náttúrunni úr lífrænum efnasamböndum í ammoníak, ammóníumjónir, nítrat, nítrít og niturgas. Niturbinding er eingöngu framkvæmd af dreifkjörnungum. Afnítrun er líka framkvæmd af dreifkjörnungum.

22.4 Bakteríusjúkdómar í mönnum

Sumir dreifkjörnungar eru sýklar í mönnum. Hrikalegir sjúkdómar og plágur hafa fylgt okkur frá fyrstu tíð og eru enn meðal helstu dánarorsaka í heiminum. Nýir sjúkdómar eru sjúkdómar sem aukast hratt að tíðni eða landfræðilegri útbreiðslu. Þeir geta verið nýir eða endurvaktir sjúkdómar. Margar af hrikalegustu farsóttum sögunnar hafa tengst bakteríusýklum, til dæmis kýlaplága, taugaveiki og kólera. Uppkomur matarsjúkdóma hafa lengi tengst bakteríusýklum og algengar orsakir þeirra eru stofnar af Salmonella, E. coli og Listeria. Sýklalyfjaónæmi er vaxandi vandamál um allan heim. Ofnotkun sýklalyfja í mönnum og búfé skapar náttúruval sem leiðir til þróunar ónæmra bakteríustofna.

Sumar bakteríusýkingar hafa verið tengdar lífhimnum, meðal annars hermannaveiki, miðeyrnabólga og sýkingar hjá sjúklingum með slímseigjusjúkdóm. Lífhimnur geta vaxið á vefjum manna, til dæmis sem tannsýkla; þær geta numið land á lækningatækjum og vaxið á yfirborði matvæla. Lífhimnusýkingar geta verið erfiðar viðureignar vegna þess að lífhimnur sýna ónæmi gegn flestum aðferðum sem notaðar eru til að stjórna örveruvexti, þar á meðal sýklalyfjum.

22.5 Gagnlegir dreifkjörnungar

Sýklar eru aðeins lítið hlutfall allra dreifkjörnunga. Dreifkjörnungar veita mönnum og öðrum lífverum nauðsynlega þjónustu. Nitur, sem heilkjörnungar geta ekki nýtt á hinu algenga formi sínu í andrúmsloftinu, er hægt að binda, eða umbreyta í ammoníak (NH₃), annaðhvort líffræðilega eða ólíffræðilega. Líffræðileg niturbinding er eingöngu framkvæmd af dreifkjörnungum. Eftir ljóstillífun er líffræðileg niturbinding mikilvægasti líffræðilegi ferillinn á jörðinni. Rótarhnýðisbakteríur geta átt í samlífi við belgjurtir og myndað hnúða, sérhæfðar byggingar þar sem niturbinding fer fram.

Líf manna er aðeins mögulegt vegna virkni örvera, bæði örvera í umhverfinu og þeirra tegunda sem búa í okkur. Innvortis hjálpa þær okkur að melta fæðu, framleiða lífsnauðsynleg næringarefni, vernda okkur gegn sýklum og þroska ónæmiskerfið. Þær hafa einnig áhrif á skap og líkamsþyngd. Menn hafa notað örverur til framleiðslu matvæla frá fornu fari, löngu áður en hugtakið líftækni varð til. Lífhreinsun með örverum er notkun efnaskipta örvera til að fjarlægja mengunarefni. Hún hefur verið notuð til að fjarlægja landbúnaðarefni úr jarðvegi og grunnvatni, eitraða málma og oxíð úr vatni og olíumengun úr umhverfi.