Binäre Spaltung: Merkmale und Phasen dieses Reproduktionsprozesses

Bakterien umgeben uns überall, auch wenn wir sie nicht sehen können. Diese Mikroorganismen sind für das Leben in allen terrestrischen Ökosystemen unerlässlich, da sie in biogeochemischen Prozessen wie z Abbau von organischem Material, die Vervollständigung des Stickstoffkreislaufs, die Produktion von Sauerstoff (photosynthetische Bakterien) und viele andere mehr Dinge.

Wir gehen noch weiter, denn es wird geschätzt, dass Bakterien 15 % der gesamten terrestrischen Biomasse (70 Gigatonnen) ausmachen, nur übertroffen von Pflanzen. Diese Lebewesen leben nicht nur auf allen bewohnbaren Oberflächen, sondern auch in uns: Unser Dickdarm enthält 1014 Bakterieneinheiten, die uns beim Abbau helfen Materie pflanzlichen Ursprungs, verhindern aktiv eine Infektion durch andere Mikroorganismen und ermöglichen die Entwicklung des Immunsystems während unserer ersten Schritte als Wesen Menschen.

All diese Zahlen und Daten sind spannend, aber dabei wollen wir nicht bleiben. Um die Bedeutung von Bakterien in der Welt zu kennen, ist es notwendig, ihre Lebensweise zu untersuchen, und was weniger als ihre Vermehrung beschreiben, um herauszufinden, wie Bakterienkolonien im Laufe der Zeit stabil bleiben. Basierend auf dieser sehr interessanten Prämisse werden wir Ihnen alles darüber erzählen

Zellteilung.

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Was ist binäre Spaltung?

binäre Spaltung ist eine Art der asexuellen Fortpflanzung, die in Bakterien und Archaeen, also mikroskopisch kleinen prokaryotischen Organismen, stattfindet. Bevor wir fortfahren, müssen wir eine Reihe von Grundlagen schaffen, was die Reproduktion betrifft.

Wir haben gesagt, dass wir es mit einer Art asexueller Fortpflanzung zu tun haben, deren Prämisse im Grunde dieselbe ist wie die der Mitose bei vielzelligen Organismen. Unsere somatischen (Gewebe-)Zellen teilen sich durch diesen Mechanismus, dh die Teilung einer Elternzelle in zwei Töchter mit gleicher Form, Größe und genetischer Information. Auf jeden Fall weisen Mitose und Spaltung eine Reihe sehr wichtiger Unterschiede auf.

Im Großen und Ganzen ist es wichtig, dies zu betonen Mitose ist einzigartig für Organismen mit mehr als einer Zelle. Dieser Mechanismus der Zellteilung soll die Zellen eines vermehren oder ersetzen Gewebe und wird daher für das Wachstum, die Entwicklung und die Reparatur der Organe verwendet bilden. Andererseits folgt die binäre Spaltung einer viel einfacheren Prämisse: Wo früher ein Bakterium war, gibt es jetzt zwei.

Aus diesem Grund ist die binäre Spaltung eine Art der asexuellen Fortpflanzung, die nur in Organismen konzipiert wird. Prokaryoten, also solche, die nur aus einer Zelle bestehen (Bakterien und Archaeen, hier Fall). Wenn es in einem vielzelligen Organismus beobachtet würde, stünden wir vor einem Fall von Mitose. So einfach ist das.

Schritte der binären Spaltung

Die meisten Bakterien vermehren sich seitdem durch binäre Spaltung Dieser Mechanismus verursacht eine exponentielle Zunahme der Proben in einer Kolonie. Wo vorher ein Mikroorganismus war, gibt es jetzt zwei, dann vier, dann acht, dann 16, 32, 64, 128 usw. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben, die Bakterien UND. coli Unter optimalen Bedingungen kann es alle 20 Minuten durch Spaltung geteilt werden. Wie Sie sich vorstellen können, ist die Anzahl der Bakterieneinheiten in 24 Stunden bei dieser Reproduktionsrate unvorstellbar.

Als nächstes stellen wir kurz jede der Stufen vor, in die die binäre Spaltung unterteilt ist. Sicherlich sind Ihnen viele der hier gesammelten Mechanismen bekannt, da sie denen der Mitose sehr ähnlich sind. Tue es.

1. Replikation von DNA

Damit sich ein Bakterium in zwei Gleiche teilen kann, muss es in der Lage sein, seine genetische Information selbst zu replizieren.. Viele der untersuchten Mikroorganismen haben ein einzelnes kreisförmiges Chromosom in ihrem Nukleoid (a Unterschied zu den 46 im Kern menschlicher Zellen), also nehmen wir diese Faustregel als Referenz.

Das Bakterienchromosom ist von Natur aus ein Replikon, da sich dieser Begriff auf eine Einheit bezieht von genetischen Informationen, die alle notwendigen Elemente enthalten, um den Prozess durchzuführen Reproduzieren. Dieser DNA-Pool wird an einem einzigen Ursprung repliziert, der sich bis zur vollständigen Duplikation des gesamten Moleküls linear bewegt.

Wir werden nicht bei komplexen Prozessen wie den beteiligten Strukturen, der Replikationsgabel und anderen Halt machen. In diesem Fall genügt es uns zu wissen, dass die Enzyme, die diesen Mechanismus ermöglichen, als DNA-Polymerasen und so bekannt sind Es ist ein halbkonservativer Prozess, das heißt, jedes neu gebildete Molekül enthält einen alten und einen neuen DNA-Strang..

2. Chromosomentrennung

Bei einer normalen Mitose werden Chromosomen zufällig am Äquator der Zelle positioniert und warten darauf, von der mitotischen Spindel zu jedem äußersten Pol des Zellkörpers „gezogen“ zu werden. Bei der Meiose (die Gameten hervorbringt) ist dieser Moment wirklich wichtig, da Chromosomenpermutationen am Zelläquator kann zu Tausenden von verschiedenen Kombinationen führen, was die genetische Verteilung betrifft. verweist.

In diesem Fall sind die Dinge viel weniger aufregend, da Wir haben nur zwei Chromosomen, die durch die Replikation von einem produziert werden. Die beiden Chromosomen bewegen sich und trennen sich ohne weitere Komplikationen zu jedem Pol des Zytoplasmas des Bakteriums.

3. Trennung

Während jedes Chromosom zu einem Pol wandert, stülpt sich die Bakterienmembran ein, um ein Septum zu bilden, das auch als Trennwand bekannt ist., in der Zelle. Bei der Teilung des Septums werden die beiden Bakterien mit der entsprechenden genetischen Information zu autonom überlebensfähigen Individuen.

Die evolutionäre Bedeutung der binären Kernspaltung

Es muss betont werden, dass es je nach Teilungsebene (regulär, amöboid, quer, schräg usw.) verschiedene Arten der binären Spaltung gibt, aber wir möchten uns nicht auf die Fachterminologie konzentrieren. Abschließend finden wir es viel interessanter, den Grund für diesen Mechanismus zu untersuchen, der so einfach wie wesentlich ist.

Der Schlüssel zur bakteriellen binären Spaltung kann in einem einzigen Konzept zusammengefasst werden: logarithmische Freisetzung. Dieser Begriff bezieht sich auf die zweite Phase des Bakterienwachstums nach der Gewöhnung der Mikroorganismen an das neue Medium, in das sie eingeführt werden. Während dieser Phase wird ein exponentieller Anstieg der Bakterienwachstumskurve beobachtet, dh je mehr Bakterien in der Anfangspopulation gefunden werden, desto mehr können sie sich teilen.

Es ist zu beachten, dass die Steigung der logarithmischen Funktion von den Umgebungsbedingungen abhängt, da es nicht dasselbe ist, an einem warmen und abgelegenen Ort zu wachsen, als am Nordpol. In jedem Fall ist die Stabilisierung des Wachstums (Übergang in die stationäre Phase oder "Plateau") zu sehen bedingt durch die Verfügbarkeit von Nährstoffen: Bakterien hören auf sich zu teilen, wenn es keine Mittel mehr gibt Überleben.

Dies ist ein klares Beispiel für eine „Quantität vor Qualität“-Strategie. Alle Bakterien sind genetisch identisch mit dem Elternteil. (weil die binäre Spaltung eine Art der asexuellen Fortpflanzung ist), also ist ihre Anpassungsfähigkeit gleich, oder? Um den Erfolg der binären Spaltung zu verstehen, müssen wir auch berücksichtigen, dass die Mutationsrate des Bakteriengenoms sehr hoch ist.

Aus diesem Grund ist nicht immer garantiert, dass eine Bakteriengeneration der vorherigen gleicht, was für die Anpassungsfähigkeit dieser Mikroorganismen enorm vorteilhaft ist. Mutationen sind zufällig, also können einige schlecht und andere gut sein, aber der Hauptunterschied besteht darin, dass die guten in der Population festgelegt sind., während die negativen verschwinden.

Je schneller sich also eine Bakterienpopulation teilt, desto wahrscheinlicher ist es, dass eine Mutation auftritt, die eine bessere Anpassung an die Umwelt ermöglicht. Die Existenz antibiotikaresistenter Mikroorganismen basiert auf dieser Grundlage: binäre Spaltung und Das Wachstum von Bakterienpopulationen gibt ihnen die Fähigkeit, selbst gegen die meisten resistent zu werden Spezifisch.

Zusammenfassung

Wie Sie gesehen haben, hat alles in der Natur eine Erklärung, außer in Ausnahmefällen. Die binäre Spaltung ist eine Fortpflanzungsstrategie, die für prokaryotische Organismen genauso gültig ist wie die sexuelle Fortpflanzung, da sie die Variabilität erhalten Genetik, die notwendig ist, um sich von Mutationen in seinem Genom anzupassen, und nicht durch die Vereinigung eines weiblichen und eines männlichen Gameten (wie es in unserem vorkommt Spezies).

Am Ende des Tages lässt sich der gesamte Evolutionsprozess in folgendem Satz zusammenfassen: Lebewesen tun, was sie können, mit dem, was sie haben. Der Mechanismus der binären Spaltung ist vielleicht nicht perfekt, aber er hat sicherlich die Beständigkeit und Ausbreitung dieser Mikroorganismen auf der Erde über Jahrhunderte ermöglicht.

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