Mikroskopische Artenvielfalt: Bakterien, Pilze, Mikroalgen

Die Aufrechterhaltung der Biodiversität von Mikroorganismen, sowohl in Bezug auf Qualität als auch Quantität, innerhalb eines Ökosystems ist entscheidend für dessen Gesundheit. In der Tat spielen mikrobielle Gemeinschaften eine entscheidende Rolle, indem sie biogeochemische Kreisläufe, die Bodenqualität und damit die landwirtschaftliche Nahrungsmittelproduktion und sogar die menschliche Gesundheit kontrollieren. Mikroorganismen zeichnen sich trotz ihrer geringen Größe durch eine große genetische und funktionelle Vielfalt im Vergleich zu anderen Lebewesen aus. Viele Mikroorganismen werden seit jeher als wahre Fabriken für verschiedene biotechnologische Anwendungen genutzt und erforscht, angefangen bei der Lebensmittelindustrie bis hin zur Chemie und Biomedizin. Angesichts der hohen Ökosystemleistungen, die die mikrobielle Artenvielfalt erbringt, würde ein Verlust eine erhebliche Schwächung der Ökosysteme und ihrer Produktivität bedeuten. Es ist daher notwendig, die mikrobiellen Ressourcen in ihren natürlichen Ökosystemen zu erhalten und zu schützen.

Mikroorganismen sind im Allgemeinen Lebewesen, die weniger als 0,1 mm groß und daher für das bloße Auge unsichtbar sind. Ihre Existenz wurde mit dem Aufkommen des Mikroskops wissenschaftlich nachgewiesen. Schon vorher wurde eine für den Menschen unsichtbare Lebensform verdächtigt, verschiedene Krankheiten zu verursachen, die Menschen, Tiere und Pflanzen befallen. Mikroorganismen sind im Allgemeinen einzellig, also aus einer einzelnen Zelle gebildet, die alle wesentlichen Lebensfunktionen ausführen kann, ohne dass eine Kompartimentierung oder eine Struktur in Form eines Gewebes oder Organs erforderlich ist. Andere Mikroorganismen können aus einigen wenigen Zellen bestehen, haben aber keine komplexe Organisation.

Fälschlicherweise werden Mikroorganismen oft nur als Bakterien bezeichnet. Bakterien sind eine Gruppe von Mikroorganismen, deren Größe von wenigen Mikrometern bis hin zu 2 cm Länge reichen kann. Sie sind nach verschiedenen Kriterien klassifizierbar, wie z.B. nach Form oder nach Stoffwechsel und der Fähigkeit, Luftsauerstoff zu verwerten oder nicht und nach optimalen Wachstumsbedingungen, die sich auf Temperatur, aber auch pH-Wert oder Salzkonzentration beziehen können. Außerdem lassen sie sich je nach ihrer Beziehung zum Wirtsorganismus in Symbionten oder Pathogene unterteilen. Einige Bakterien leben nämlich auf Kosten anderer Organismen und sind für mehr oder weniger schwere Schäden verantwortlich. Andere Bakterien wiederum können für ein anderes Lebewesen nützlich sein und bilden die Darm- oder Hautmikrobiota, sowohl bei Tieren als auch bei Menschen.

Archaeen sind eine besondere Gruppe von Mikroorganismen, die sich von Bakterien und komplexeren Organismen, den Eukaryoten, unterscheidet. Es handelt sich um Organismen, die aus einer einzigen Zelle bestehen, keinen Zellkern haben und den Bakterien sehr ähnlich sind, so sehr, dass sie früher in dieselbe Gruppe eingeordnet wurden. Sie besiedeln alle gängigen Lebensräume, wie den menschlichen Darm oder Plankton, vor allem aber die extremsten Lebensräume. Ihre Fähigkeit, unter unwirtlichen Bedingungen zu gedeihen, wird durch eine Reihe von metabolischen, genetischen und strukturellen Merkmalen ermöglicht. Die als 'thermophile' bezeichneten Archaeen können bei Temperaturen über 100 °C wachsen, die psikrophilen sind in der Lage, Umgebungen mit einer sehr niedrigen Temperatur von weniger als -10 °C zu bewohnen, die acidophilen und die alkalophilen sind so benannt, weil sie in extrem sauren bzw. basischen Umgebungen wachsen; Die Alophilen schließlich bevorzugen eine Umgebung mit sehr hohem Salzgehalt.

Mikroalgen sind eine große Gruppe von photosynthetischen Mikroorganismen, die die meisten terrestrischen Ökosysteme besiedeln, meist aquatische, aber auch extremere Extremen. Der Begriff Mikroalgen wird üblicherweise sowohl für einfachere Organismen, wie Cyanobakterien, als auch für evolutionär komplexere Arten, wie die grünen, roten und zweiatomigen Mikroalgen verwendet. Bei den Cyanobakterien handelt es sich um Bakterien, die sich für die Photosynthese entwickelt haben und in der Lage sind, andere Wellenlängen als Pflanzen zu erfassen, da sie andere photosynthetische Pigmente wie Phycobiline besitzen. Dazu gehören Phycocyanin (blau), Phycoerythrin (rot) und Allophycocyanin. Diese speziellen Bakterien waren die ersten Organismen, die Sauerstoff als Abfallprodukt ihres photosynthetischen Stoffwechsels in die Atmosphäre abgaben.

Pilze sind eine komplexere Gruppe von Organismen, die einzellige und mehrzellige Arten umfassen; einige sind mikroskopisch zu einem Zeitpunkt des Lebens und makroskopisch zu einem anderen Zeitpunkt, wie z.B. der Schweinepilz. Die mikroskopische Form wird oft durch die Spore gebildet, auf der im Allgemeinen ihr Fortpflanzungssystem beruht, während die makroskopische, mehrzellige Lebensform der Pilzkörper ist, eine Struktur, die in fadenförmige Strukturen, die Leben genannt werden, gegliedert ist, die ein verschlungenes Netz, das Mycelium, bilden. Beim Schwein ist es der Teil, von dem wir uns ernähren. Einige Pilze sind in der Lage, komplexe Moleküle wie Lignin und Zellulose abzubauen, weshalb sie auch Saprophyten genannt werden. Andere werden als Parasiten bezeichnet, aber es gibt auch Symbiontenpilze, und das ist der Fall bei jenen Formen des kontrollierten Parasitismus, bei denen ein gegenseitiger Vorteil zwischen den beiden interagierenden Organismen besteht.

Hefen sind eine Gruppe von einzelligen Pilzen, mit einer elliptischen oder kugelförmigen Gestalt. Ihre Hauptbesonderheit ist ihr Stoffwechsel, der die aerobe Atmung nutzen und somit Sauerstoff verbrauchen oder Gärung betreiben kann. Gärende Hefen erzeugen Energie, indem sie Zucker in Abwesenheit von Sauerstoff in Kohlendioxid und Ethanol umwandeln. Dieser Stoffwechsel wird seit der ägyptischen Zeit für die Herstellung von Bier und Wein, ethanolreichen Getränken, und dann für die Sauerteigbereitung von Brot genutzt, bei der das freigesetzte Kohlendioxid den Teig aufquellen lässt.

Viren gelten eigentlich nicht als lebende Organismen, da ihnen die Mindestanforderungen einer Zelle fehlen. Sie sind zwar Strukturen, die aus einer schützenden Proteinhülle bestehen und eine Nukleinsäure enthalten, bei der es sich um DNA oder RNA handeln kann, aber sie sind nicht mit autonomem Leben ausgestattet. Um sich zu vermehren, müssen sie in einen Wirtsorganismus eindringen und dessen Biosynthesemaschinen ausnutzen. Viren sind extrem klein, so klein, dass sie unter einem Lichtmikroskop nicht sichtbar sind, mit einer Größe zwischen 20 und 400 nm.

Im Laufe der Geschichte ist es dem Menschen gelungen, diesen großen Teil der biologischen Vielfalt, die mikroskopische Artenvielfalt, zu nutzen, um eine Reihe nützlicher Produkte zu gewinnen, insbesondere im Bereich der Ernährung. Viele Mikroorganismen werden derzeit in der Milch-, Brot- und Fermentationsindustrie verwendet, aber auch zur Herstellung von Kraftstoffen und in der Kriegsführung als biologische Waffen. Es ist jedoch erwähnenswert, dass einige dieser Mikroorganismen eine Quelle bioaktiver Verbindungen sind, wie z.B. Antioxidantien und Vitamine, die in der Kosmetik- und Nahrungsergänzungsmittelbranche Verwendung finden.