Dampak Ekologis (Siklus Biogeokimia) dan Bioremediasi.

Siklus Nitrogen ($\text{N}$) Secara Mendalam

Siklus Nitrogen adalah contoh paling nyata bagaimana bakteri mengatur ketersediaan nutrisi penting.

Proses: Bakteri menggunakan kompleks enzim nitrogenase untuk memecah ikatan rangkap tiga yang sangat stabil pada gas $\text{N}_2$ dan mereduksinya menjadi amonia ($\text{NH}_3$). Reaksi ini membutuhkan energi (ATP) yang sangat besar dan bersifat anaerobik (tidak tahan oksigen).
Contoh dan Lokasi:
- Simbiosis: Bakteri Rhizobium membentuk nodul akar pada tanaman kacang-kacangan (leguminosa). Mereka mendapatkan perlindungan dari oksigen dan energi dari tanaman, sebagai gantinya menyediakan $\text{NH}_3$.
- Non-Simbiosis (Bebas): Bakteri aerob seperti Azotobacter (di tanah) atau anareob seperti Clostridium (di sedimen) melakukan fiksasi nitrogen di lingkungan tanpa bersimbiosis dengan tanaman.

Ini adalah proses dua langkah yang dilakukan oleh bakteri kemoautotrof yang menggunakan energi dari oksidasi senyawa nitrogen.

Langkah 1: Nitrosofekasi
- Bakteri (misalnya Nitrosomonas) mengoksidasi $\text{NH}_3$ menjadi Nitrit ($\text{NO}_2^-$).
Langkah 2: Nitratasi
- Bakteri lain (misalnya Nitrobacter) mengoksidasi $\text{NO}_2^-$ menjadi Nitrat ($\text{NO}_3^-$).
Pentingnya: Nitrat ($\text{NO}_3^-$) adalah bentuk nitrogen yang paling mudah diserap dan digunakan oleh sebagian besar tumbuhan untuk pertumbuhan.

Proses: Ini adalah bentuk respirasi anaerobik di mana bakteri (misalnya Pseudomonas atau Bacillus) menggunakan nitrat ($\text{NO}_3^-$) sebagai akseptor elektron terakhir alih-alih oksigen. Produk akhirnya adalah gas $\text{N}_2$ yang dilepaskan ke atmosfer.
Dampak: Walaupun melengkapi siklus, denitrifikasi di lahan pertanian dapat merugikan karena mengurangi ketersediaan nitrogen bagi tanaman.

Bakteri sangat penting dalam mengendalikan kadar karbon di Bumi.

Peran: Bakteri saprofitik (pengurai) memecah polimer organik kompleks yang tidak dapat dipecah oleh hewan, seperti selulosa, lignin (pada kayu), dan kitin (pada jamur/serangga).
Mekanisme: Mereka mengeluarkan enzim ekstraseluler yang memecah polimer ini di luar sel menjadi monomer yang lebih kecil (misalnya, glukosa atau asam amino), yang kemudian mereka serap.
Hasil Akhir: Proses respirasi bakteri melepaskan $\text{CO}_2$ kembali ke atmosfer, menutup siklus karbon.

Kelompok bakteri kuno (termasuk Archaea) ini hidup di lingkungan anaerobik (seperti rawa dan saluran pencernaan herbivora) dan menghasilkan metana ($\text{CH}_4$) sebagai produk sampingan metabolisme. Metana adalah gas rumah kaca yang sangat kuat.

Bioremediasi memanfaatkan kemampuan katabolik bakteri untuk menguraikan polutan sintetis atau alami.

Biodegradasi: Proses alami di mana mikroorganisme memecah polutan organik menjadi zat yang kurang beracun atau tidak beracun (misalnya $\text{CO}_2$ dan air).
Bioaugmentasi: Penambahan kultur mikroorganisme tertentu (yang memiliki kemampuan degradasi spesifik) ke lokasi yang tercemar untuk mempercepat proses pembersihan.
Biostimulasi: Penambahan nutrisi (seperti nitrogen dan fosfor) atau oksigen ke lokasi yang tercemar untuk merangsang pertumbuhan dan aktivitas bakteri pengurai alami yang sudah ada di sana.

Penguraian Hidrokarbon: Beberapa bakteri, seperti jenis Pseudomonas, memiliki jalur metabolisme yang unik untuk memecah hidrokarbon aromatik yang ditemukan dalam minyak bumi.
Pengolahan Air Limbah: Bakteri aerob (di tangki aerasi) dan anaerob (di digester) secara terkoordinasi menghilangkan padatan, nutrisi berlebihan (misalnya nitrogen dan fosfor), dan patogen dari air limbah sebelum air dilepaskan kembali ke lingkungan.

Dampak ekologis bakteri menunjukkan betapa pentingnya mikroorganisme dalam mempertahankan kelayakan hidup di planet ini.