Двойно делене: характеристики и фази на този процес на възпроизвеждане

Бактериите ни заобикалят навсякъде, дори и да не можем да ги видим. Тези микроорганизми са от съществено значение за живота във всички сухоземни екосистеми, тъй като те са жизненоважни в биогеохимичните процеси като напр. разлагане на органична материя, завършване на азотния цикъл, производство на кислород (фотосинтезиращи бактерии) и много други повече неща.

Ние отиваме по-далеч, тъй като се изчислява, че бактериите допринасят за 15% от общата сухоземна биомаса (70 гигатона), надминати само от растенията. Освен че са на всички обитаеми повърхности, тези живи същества живеят и вътре в нас: нашето дебело черво съдържа 1014 бактериални единици, които ни помагат да разграждаме материя от растителен произход, активно предотвратява инфекция от други микроорганизми и позволява развитието на имунната система по време на първите ни стъпки като същества хора.

Всички тези цифри и данни са вълнуващи, но ние не искаме да оставаме там. За да разберете значението на бактериите в света, е необходимо да проучите начина им на живот и какво по-малко от това опишете тяхното размножаване, за да разберете как бактериалните колонии остават стабилни във времето. Въз основа на тази много интересна предпоставка ще ви разкажем всичко

бинарно делене.

• Свързана статия: „Прокариотни клетки: какво представляват и какви са техните характеристики“

Какво е бинарно делене?

бинарното делене е вид безполово размножаване, което се извършва в бактерии и археи, тоест микроскопични прокариотни организми. Преди да продължим, трябва да установим серия от бази, що се отнася до възпроизвеждането.

Казахме, че имаме работа с вид безполово размножаване, чиято предпоставка е основно същата като тази на митозата в многоклетъчните организми. Нашите соматични (тъканни) клетки се делят по този механизъм, тоест разделянето на родителска клетка на две дъщерни клетки с еднаква форма, размер и генетична информация. Във всеки случай митозата и деленето представляват серия от много важни разлики.

Най-общо казано е важно да се подчертае това митозата е уникална за организми с повече от една клетка. Този механизъм на клетъчно делене има за цел да увеличи или замени клетките на a тъкан и следователно се използва за растежа, развитието и възстановяването на органите, които грим. От друга страна, бинарното делене следва много по-проста предпоставка: там, където някога е имало една бактерия, сега има две.

Поради тази причина бинарното делене е вид асексуално възпроизвеждане, което се замисля само в организмите. прокариоти, т.е. тези, които са съставени само от една клетка (бактерии и археи, в това случай). Ако се наблюдава в многоклетъчен организъм, ще сме изправени пред случай на митоза. Просто като това.

Стъпки на бинарно делене

Повечето бактерии се възпроизвеждат чрез бинарно делене, тъй като този механизъм причинява експоненциално увеличение на екземплярите в една колония. Там, където преди имаше един микроорганизъм, сега има два, след това четири, след това осем, след това 16, 32, 64, 128 и т.н. За да ви дам представа, бактериите И. коли при оптимални условия може да се раздели чрез делене веднъж на всеки 20 минути. Както можете да си представите, за 24 часа броят на бактериалните единици е немислим с тази репродуктивна скорост.

След това представяме накратко всеки от етапите, на които е разделено двойното делене. Със сигурност много от механизмите, събрани тук, са ви познати, тъй като те са много подобни на тези на митозата. Направи го.

1. Репликация на ДНК

За да може една бактерия да се раздели на две равни, тя трябва да може да се самовъзпроизвежда своята генетична информация.. Много от изследваните микроорганизми имат една кръгова хромозома в своя нуклеоид (а разлика от 46 в ядрото на човешките клетки), така че ще приемем това правило като справка.

Бактериалната хромозома по своята същност е репликон, тъй като този термин се отнася до единица на генетична информация, която съдържа всички необходими елементи за осъществяване на процеса на репликация. Този ДНК пул се репликира в единичен източник, който се движи линейно до пълно дублиране на цялата молекула.

Няма да се спираме на сложни процеси като включените структури, вилицата за репликация и други. За нас е достатъчно да знаем в този случай, че ензимите, които правят този механизъм възможен, са известни като ДНК полимерази и че Това е полуконсервативен процес, т.е. всяка нова образувана молекула съдържа една стара и една нова ДНК верига..

2. хромозомна сегрегация

При нормална митоза, хромозомите са позиционирани на екватора на клетката по случаен начин, чакайки да бъдат "изтеглени" от митотичното вретено към всеки краен полюс на клетъчното тяло. При мейозата (която поражда гамети) този момент е наистина важен, тъй като хромозомните пермутации на клетъчния екватор може да доведе до хиляди различни комбинации, що се отнася до генетичното разпределение. се отнася.

В този случай нещата са много по-малко вълнуващи, тъй като имаме само две хромозоми, произведени от репликацията на една. Двете хромозоми се движат и сегрегират към всеки полюс на цитоплазмата на бактерията, без допълнителни усложнения.

3. Раздяла

Докато всяка хромозома пътува до полюс, бактериалната мембрана инвагинира, за да образува преграда, известна още като разделителна стена., вътре в клетката. Когато септумът се раздели, двете бактерии със съответната генетична информация стават отделни единици, способни на автономно оцеляване.

Еволюционното значение на двойното делене

Необходимо е да се подчертае, че има няколко вида бинарно делене в зависимост от равнината на делене (правилно, амебоидно, напречно, косо и т.н.), но не искаме да се фокусираме върху техническата терминология. Като заключение, смятаме, че е много по-интересно да изследваме причината за този механизъм, толкова прост, колкото и съществен.

Ключът към бактериалното бинарно делене може да бъде обхванат в една концепция: логаритмично освобождаване. Този термин се отнася до втората фаза на бактериалния растеж, след привикването на микроорганизмите към новата среда, в която са въведени. По време на този етап се наблюдава експоненциално нарастване на кривата на бактериален растеж, т.е. колкото повече бактерии се намират в първоначалната популация, толкова повече те могат да се делят.

Трябва да се отбележи, че наклонът на логаритмичната функция зависи от условията на околната среда, тъй като не е същото да растеш на топло и уединено място, отколкото да растеш на Северния полюс. Във всеки случай се наблюдава стабилизиране на растежа (преминаване към стационарна фаза или "плато"). обусловено от наличието на хранителни вещества: бактериите спират да се делят, когато няма повече средства да оцелееш.

Това е ясен пример за стратегия „количество пред качество“. Всички бактерии са генетично идентични с родителя. (защото бинарното делене е вид безполово възпроизвеждане), така че тяхната адаптивност е същата, нали? За да разберем успеха на бинарното делене, трябва също да вземем предвид, че степента на мутация на бактериалния геном е много висока.

Поради тази причина не винаги е гарантирано, че бактериалното поколение ще бъде същото като предишното, нещо изключително полезно за адаптивния капацитет на тези микроорганизми. Мутациите са случайни, така че някои може да са лоши, а други може да са добри, но ключовата разлика е, че добрите са фиксирани в популацията., докато негативните изчезват.

По този начин, колкото по-бързо се разделя бактериалната популация, толкова по-вероятно е да се появи мутация, която позволява по-добра адаптация към околната среда. Съществуването на устойчиви на антибиотици микроорганизми се основава на тази основа: бинарно делене и растежът на бактериалните популации им дава способността да станат резистентни дори към най-много специфичен.

Резюме

Както видяхте, всичко в природата има обяснение, с изключение на изключителни случаи. Бинарното делене е репродуктивна стратегия, която е също толкова валидна, колкото и сексуалното размножаване за прокариотните организми, тъй като те получават променливостта генетика, необходима за адаптиране от мутации в генома му, а не чрез обединяването на женска и мъжка гамета (както се случва в нашата видове).

В крайна сметка целият еволюционен процес може да се обобщи в следното изречение: живите същества правят каквото могат с това, което имат. Механизмът на бинарно делене може да не е перфектен, но със сигурност е позволил постоянството и разширяването на тези микроорганизми на Земята в продължение на векове.

Библиографски справки:

• Ешвара, П. Дж. и Рамамурти, К. С. (2017). Бактериално клетъчно делене: не-модели, готови да поемат светлината на прожекторите. Годишен преглед на микробиологията, 71, 393-411.
• Бинарно делене, Кан Академия. Събрани на 25 март в https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/mitosis/a/bacterial-binary-fission
• Марголин, В. (2014). Бинарно делене при бактерии. eLS.
• Нистром, Т. (2007). Бактериален вид стареене. PLoS Genet, 3 (12), e224.
• Самсон, Р. Y. и Bell, S. д. (2009). Древни ESCRT и еволюцията на двойното делене. Тенденции в микробиологията, 17 (11), 507-513.
• Смит, Дж. М., Смит, Н. Х., О'Рурк, М. и Спрат, Б. ж. (1993). Колко клонални са бактериите?. Сборник на Националната академия на науките, 90 (10), 4384-4388.