Binární štěpení: charakteristika a fáze tohoto reprodukčního procesu

Bakterie nás obklopují všude, i když je nejsme schopni vidět. Tyto mikroorganismy jsou nezbytné pro život ve všech suchozemských ekosystémech, protože jsou životně důležité v biogeochemických procesech, jako je např. rozklad organické hmoty, dokončení koloběhu dusíku, produkce kyslíku (fotosyntetické bakterie) a mnoho dalších více věcí.

Jdeme dále, protože se odhaduje, že bakterie přispívají 15 % z celkové pozemské biomasy (70 gigatun), kterou překonávají pouze rostliny. Kromě toho, že jsou na všech obyvatelných površích, žijí tyto živé věci také uvnitř nás: naše tlusté střevo obsahuje 1014 bakteriálních jednotek, které nám pomáhají odbourávat hmotou rostlinného původu, aktivně brání infekci od jiných mikroorganismů a umožňuje rozvoj imunitního systému během našich prvních bytostných krůčků lidé.

Všechna tato čísla a data jsou vzrušující, ale nechceme tam zůstat. Abychom poznali význam bakterií ve světě, je nutné prozkoumat jejich způsob života a co méně popsat jejich reprodukci, abyste zjistili, jak bakteriální kolonie zůstávají stabilní v průběhu času. Na základě této velmi zajímavé premisy vám vše povíme

binární dělení.

• Související článek: "Prokaryotické buňky: co jsou a jaké jsou jejich vlastnosti"

Co je binární štěpení?

binární štěpení je druh nepohlavní reprodukce, která se odehrává v bakteriích a archeích, tedy mikroskopických prokaryotických organismech. Než budeme pokračovat, musíme vytvořit řadu základen, pokud jde o reprodukci.

Řekli jsme, že máme co do činění s typem nepohlavní reprodukce, jejíž předpoklad je v zásadě stejný jako u mitózy u mnohobuněčných organismů. Naše somatické (tkáňové) buňky se dělí tímto mechanismem, tedy rozdělením rodičovské buňky na dvě dceřiné se stejným tvarem, velikostí a genetickou informací. V každém případě mitóza a štěpení představují řadu velmi důležitých rozdílů.

Obecně řečeno, je nutné to zdůraznit mitóza je jedinečná pro organismy s více než jednou buňkou. Tento mechanismus buněčného dělení je určen ke zvýšení nebo nahrazení buněk a tkáně, a proto se používá pro růst, vývoj a opravu orgánů, které makeup. Na druhou stranu binární štěpení vychází z mnohem jednoduššího předpokladu: kde kdysi byla jedna bakterie, nyní jsou dvě.

Z tohoto důvodu je binární štěpení typem nepohlavní reprodukce, která je počata pouze v organismech. prokaryota, tedy ta, která se skládají pouze z jedné buňky (bakterie a archaea, v tomto pouzdro). Pokud by byl pozorován u mnohobuněčného organismu, čelili bychom případu mitózy. Tak jednoduché.

Kroky binárního štěpení

Většina bakterií se rozmnožuje binárním štěpením, od r tento mechanismus způsobuje exponenciální nárůst vzorků v kolonii. Tam, kde předtím byl jeden mikroorganismus, jsou nyní dva, pak čtyři, pak osm, pak 16, 32, 64, 128 atd. Pro představu, bakterie A. coli za optimálních podmínek jej lze dělit štěpením jednou za 20 minut. Jak si dokážete představit, za 24 hodin je počet bakteriálních jednotek při této rychlosti reprodukce nepředstavitelný.

Dále stručně představíme každou z fází, do kterých se binární štěpení dělí. Mnoho zde shromážděných mechanismů je vám jistě známé, protože jsou velmi podobné mechanismům mitózy. Jít na to.

1. Replikace DNA

Aby se bakterie mohla rozdělit na dvě stejné části, musí být schopna sebereplikovat svou genetickou informaci.. Mnoho studovaných mikroorganismů má ve svém nukleoidu jeden kruhový chromozom (a rozdíl od 46 v jádře lidských buněk), takže toto pravidlo budeme brát jako odkaz.

Bakteriální chromozom je neodmyslitelně replikon, protože tento termín označuje jednotku genetické informace, která obsahuje všechny nezbytné prvky k provedení procesu replikace. Tento pool DNA je replikován v jediném počátku, který se pohybuje lineárně až do úplné duplikace celé molekuly.

Nezastavíme se u složitých procesů, jako jsou příslušné struktury, replikační vidlice a další. V tomto případě nám stačí vědět, že enzymy, které tento mechanismus umožňují, jsou známé jako DNA polymerázy a že Jde o semikonzervativní proces, to znamená, že každá nově vytvořená molekula obsahuje jeden starý a jeden nový řetězec DNA..

2. segregace chromozomů

V normální mitóze jsou chromozomy umístěny na rovníku buňky náhodným způsobem a čekají, až budou mitotickým vřeténem „přitaženy“ ke každému extrémnímu pólu těla buňky. V meióze (která vede ke vzniku gamet) je tento moment skutečně důležitý, protože dochází k permutacím chromozomů na buněčném rovníku může mít za následek tisíce různých kombinací, pokud jde o genetickou distribuci. odkazuje.

V tomto případě jsou věci mnohem méně vzrušující, protože máme pouze dva chromozomy vytvořené replikací jednoho. Dva chromozomy se bez dalších komplikací pohybují a segregují ke každému pólu cytoplazmy bakterie.

3. Oddělení

Jak každý chromozom cestuje k pólu, bakteriální membrána invaginuje a vytváří přepážku, známou také jako dělicí stěna., uvnitř buňky. Při rozdělení přepážky se z obou bakterií s odpovídající genetickou informací stanou samostatné entity schopné autonomního přežití.

Evoluční význam binárního štěpení

Je nutné zdůraznit, že existuje více typů binárního štěpení v závislosti na rovině dělení (pravidelné, améboidní, příčné, šikmé atd.), ale nechceme se věnovat odborné terminologii. Na závěr považujeme za mnohem zajímavější prozkoumat důvod tohoto mechanismu, jak jednoduchého, tak zásadního.

Klíč k bakteriálnímu binárnímu štěpení lze zahrnout do jediného konceptu: logaritmické uvolňování. Tento termín se týká druhé fáze bakteriálního růstu, po přivykání mikroorganismů na nové médium, do kterého jsou zavedeny. Během této fáze je pozorován exponenciální nárůst křivky růstu bakterií, to znamená, že čím více bakterií se nachází v počáteční populaci, tím více se mohou dělit.

Je třeba poznamenat, že sklon logaritmické funkce závisí na podmínkách prostředí, protože není stejné růst na teplém a odlehlém místě než růst na severním pólu. V každém případě je vidět stabilizace růstu (přechod do stacionární fáze nebo „plató“) podmíněno dostupností živin: bakterie se přestanou dělit, když už není prostředků přežít.

Toto je jasný příklad strategie „kvantita nad kvalitou“. Všechny bakterie jsou geneticky identické s rodiči. (protože binární štěpení je druh nepohlavní reprodukce), takže jejich přizpůsobivost je stejná, že? Abychom pochopili úspěšnost binárního štěpení, musíme také vzít v úvahu, že rychlost mutací bakteriálního genomu je velmi vysoká.

Z tohoto důvodu není vždy zaručeno, že bakteriální generace bude stejná jako ta předchozí, což je něco nesmírně přínosného pro adaptační kapacitu těchto mikroorganismů. Mutace jsou náhodné, takže některé mohou být špatné a některé dobré, ale klíčový rozdíl je v tom, že ty dobré jsou v populaci pevně dané., zatímco ty negativní mizí.

Čím rychleji se tedy bakteriální populace dělí, tím je pravděpodobnější, že se objeví mutace, která umožní lepší adaptaci na prostředí. Existence mikroorganismů odolných vůči antibiotikům je založena na tomto základu: binárním štěpení a růst bakteriálních populací jim dává schopnost stát se odolnými i vůči těm nejvíce charakteristický.

souhrn

Jak jste viděli, vše v přírodě má své vysvětlení, kromě výjimečných případů. Binární štěpení je reprodukční strategie, která je stejně platná jako sexuální reprodukce pro prokaryotické organismy, protože získávají variabilitu genetika nutná k adaptaci z mutací v jeho genomu, a nikoli spojením ženské a mužské gamety (jak se vyskytuje v našem druh).

Na konci dne lze celý evoluční proces shrnout do následující věty: živé věci dělají, co mohou, s tím, co mají. Mechanismus binárního štěpení možná není dokonalý, ale rozhodně umožnil stálost a expanzi těchto mikroorganismů na Zemi po staletí.

Bibliografické odkazy:

• Eswara, P. J. a Ramamurthi, K. S. (2017). Dělení bakteriálních buněk: nemodely připravené zaujmout pozornost. Annual review of microbiology, 71, 393-411.
• Binární štěpení, Khan Academy. Sbíráno 25. března in https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/mitosis/a/bacterial-binary-fission
• Margolin, W. (2014). Binární štěpení v bakteriích. eLS.
• Nystrom, T. (2007). Bakteriální druh stárnutí. PLoS Genet, 3(12), e224.
• Samson, R. Y. a Bell, S. d. (2009). Starověké ESCRT a vývoj binárního štěpení. Trendy v mikrobiologii, 17(11), 507-513.
• Smith, J. M., Smith, N. H., O'Rourke, M., & Spratt, B. G. (1993). Jak klonální jsou bakterie? Proceedings of the National Academy of Sciences, 90(10), 4384-4388.