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Bakterien – Vermehrung in verschiedenen Phasen

Bakterien vermehren sich durch Zellteilung – exponentielles Wachstum. Erfahre, wie eine Wachstumskurve die Vermehrung darstellt. Lerne die Phasen der Bakterienvermehrung kennen: Anlauf-, exponentielle, stationäre und Absterbephase. Findet ihr das spannend? Details und Grafiken im Text! Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text.

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Die Autor*innen
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Rapunzel
Bakterien – Vermehrung in verschiedenen Phasen
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Bakterien – Vermehrung in verschiedenen Phasen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Bakterien – Vermehrung in verschiedenen Phasen kannst du es wiederholen und üben.
  • Zeichne ein beschriftetes Diagramm, dass alle Phasen des bakteriellen Wachstums aufweist.

    Tipps

    Das Wachstum läuft zunächst langsam an, da sich die Bakterien an die neue Umgebung gewöhnen müssen.

    Lösung

    In der Anlaufphase vermehren sich die Bakterien zunächst langsam, bevor deren Anzahl in der exponentiellen Phase sich stark erhöht. In der stationären Phase stellt sich ein Gleichgewicht ein, in der sich die Anzahl der Bakterien weder erhöht noch verringert. In der Absterbephase nimmt die Anzahl stark ab, da die Nährstoffe im Medium zuneige gehen.

  • Vergleiche eine aktive und eine überdauernde Bakterienzelle miteinander.

    Tipps

    Bakterien bilden Sporen, wenn sich die Lebensbedingungen verschlechtern.

    Lösung

    Aktive Bakterienzellen teilen sich und nehmen Nahrung auf. Sie haben eine vergleichbar kurze Lebensdauer und lassen sich durch Pasteurisierung abtöten.

    Sporen zeichnen sich dadurch aus, dass sie länger überleben können. Sie sind also eine Überdauerungsform.
    Die Zellen befinden sich in einem Ruhestadium, in dem keine Teilung und keine Nahrungsaufnahme stattfinden. Sporen sind kleiner als aktive Bakterienzellen und haben eine feste Hülle. Sie lassen sich nur durch hohe Temperaturen bei einer Sterilisation abtöten.

  • Erkläre die Vorgänge in den jeweiligen Phasen des bakteriellen Wachstums.

    Tipps

    Beim exponentiellen Wachstum verdoppeln sich die Zellen nach einer bestimmten Zeit.

    Lösung

    In der Anlaufphase gewöhnen sich die Bakterien an die neue Umgebung und teilen sich eher langsam.

    In der exponentiellen Phase steigt das Wachstum stark, da sich die Bakterien bereits angepasst haben.

    In der stationären Phase stoßen die Bakterienzellen an die Grenze der verfügbaren Nährstoffe und des Raums, sodass sich die Anzahl sterbender und sich teilender Bakterien die Waage halten.

    In der Absterbephase verringert sich die Anzahl der Bakterien, da die Nährstoffe zuneige gehen und einige Bakterien Giftstoffe ausscheiden.

  • Beschreibe den Vorgang der Sporulation.

    Tipps

    Eine Vorspore ist eine kleinere Zelle, die von einer größeren Zelle – der Sporenmutterzelle – umgeben ist.

    Lösung

    Die Sporulation
    Die Bakterienzelle teilt sich in zwei ungleiche Zellen, wobei die größere zur Sporenmutterzelle wird.
    Sie umschließt die kleinere Zelle, sodass die Vorspore entsteht.
    Ihr wird Wasser entzogen und die Zellwand verdickt sich.
    Die Sporenmutterzelle löst sich auf und die Spore bleibt übrig.
    Wenn die Lebensbedingungen besser werden, keimt die Spore aus und teilt sich wieder.

  • Nenne die Überdauerungsform eines Bakteriums.

    Tipps

    Der Vorgang, bei der die Überdauerungsform gebildet wird, nennt man Sporulation.

    Lösung

    Die Überdauerungsform eines Bakteriums nennt man Spore.

  • Berechne die Anzahl der E. Coli-Bakterien unter optimalen Lebensbedingungen, wenn zu Beginn drei Bakterien vorhanden waren.

    Tipps

    Die Anlaufphase kannst du in dieser Aufgabe vernachlässigen, da optimale Bedingungen vorausgesetzt werden.

    Das Wachstum der Bakterien ist exponentiell.

    Lösung

    Es wird von optimalen Lebensbedingungen ausgegangen, sodass die Anlaufphase vernachlässigt werden kann.
    Zu Beginn existieren drei Bakterien.
    Allgemein kann ein exponentielles Wachstum angenommen werden, sodass folgende Gleichung mit der Startpopulation von drei Bakterien gilt:
    $f(t)=3\cdot2^t$

    Nach einer Stunde, also 60 Minuten, konnten sich die Bakterien drei Mal teilen:
    $t=60\,min / 20\,min=3$
    Es gilt:
    $f(3)=3\cdot2^3=3\cdot8=24$
    Somit beträgt die Populationsgröße 24 Bakterien nach einer Stunde.

    Für zwei vergangene Stunden folgt somit:
    $t=120\,min / 20\,min=6$
    Es gilt:
    $f(6)=3\cdot2^6=3\cdot64=192$
    Somit beträgt die Populationsgröße 192 Bakterien nach zwei Stunden.

    Zu guter Letzt ergibt sich daher für die verstrichene Zeit von vier Stunden:
    $t=240\,min / 20\,min=12$
    Es gilt:
    $f(3)=3\cdot2^{12}=3\cdot4\,096=12\,288$
    Somit beträgt die Populationsgröße 12 288 Bakterien nach vier Stunden.

    Zusammenfassung
    Nach 20 Minuten verdoppelt sich die Anzahl – aus anfänglich drei Bakterien werden sechs. Nach weiteren 20 Minuten, also insgesamt 40 Minuten, verdoppelt sich die Zahl nochmals, es sind nun zwölf Bakterien.
    Dieser Vermehrungsprozess verläuft weiter in der exponentiellen Wachstumsphase, solange die Bedingungen es zulassen. Wird die Nahrungsgrundlage aufgebraucht oder gibt es keinen weiteren Lebensraum mehr, geht die bakterielle Wachstumskurve zunächst in die stationäre Phase, ehe sämtliche Bakterien in der Absterbephase ihr Leben verlieren.