Binaarne lõhustumine: selle paljunemisprotsessi omadused ja faasid

Bakterid ümbritsevad meid kõikjal, isegi kui me neid ei näe. Need mikroorganismid on eluks hädavajalikud kõigis maismaaökosüsteemides, kuna need on elutähtsad biogeokeemilistes protsessides, nagu orgaanilise aine lagunemine, lämmastikuringe lõppemine, hapniku tootmine (fotosünteetilised bakterid) ja paljud teised rohkem asju.

Läheme kaugemale, kuna hinnanguliselt moodustavad bakterid 15% maismaa kogu biomassist (70 gigatonni), mida edestavad ainult taimed. Lisaks sellele, et need elusolendid asuvad kõigil elamiskõlblikel pindadel, elavad need ka meie sees: meie käärsool sisaldab 1014 bakteriühikut, mis aitavad meil laguneda. taimse päritoluga aine, takistab aktiivselt teiste mikroorganismide nakatumist ja võimaldab immuunsüsteemi arengut meie esimeste sammude ajal. inimesed.

Kõik need arvud ja andmed on põnevad, kuid me ei taha sinna jääda. Et teada bakterite tähtsust maailmas, on vaja uurida nende eluviisi ja mida vähemat kirjeldage nende paljunemist, et teada saada, kuidas bakterikolooniad püsivad aja jooksul stabiilsena. Selle väga huvitava eelduse põhjal räägime teile kõike

binaarne lõhustumise.

• Seotud artikkel: "Prokarüootsed rakud: mis need on ja millised on nende omadused"

Mis on binaarne lõhustumine?

binaarne lõhustumine on teatud tüüpi mittesuguline paljunemine, mis toimub bakterites ja arhees, see tähendab mikroskoopilistes prokarüootsetes organismides. Enne jätkamist peame looma reproduktsiooni aluseid.

Oleme öelnud, et tegemist on aseksuaalse paljunemise tüübiga, mille eeldus on põhimõtteliselt sama, mis mitoosil mitmerakulistes organismides. Meie somaatilised (koe)rakud jagunevad selle mehhanismi abil, st vanemrakk jaguneb kaheks sama kuju, suuruse ja geneetilise teabega tütreks. Igal juhul on mitoosil ja lõhustumisel rida väga olulisi erinevusi.

Laias laastus on seda oluline rõhutada mitoos on ainulaadne organismidele, millel on rohkem kui üks rakk. See rakkude jagunemise mehhanism on mõeldud a rakkude suurendamiseks või asendamiseks kude ja seetõttu kasutatakse seda elundite kasvuks, arendamiseks ja parandamiseks meik. Teisest küljest järgib binaarne lõhustumine palju lihtsamat eeldust: kui kunagi oli üks bakter, siis nüüd on neid kaks.

Sel põhjusel on binaarne lõhustumine teatud tüüpi mittesuguline paljunemine, mis on eostatud ainult organismides. prokarüootid, st need, mis koosnevad ainult ühest rakust (bakterid ja arhead, selles juhtum). Kui seda täheldataks mitmerakulises organismis, seisaksime silmitsi mitoosi juhtumiga. Nii lihtne.

Binaarse lõhustumise sammud

Enamik baktereid paljuneb binaarse lõhustumise teel, kuna see mehhanism põhjustab koloonias isendite arvu eksponentsiaalse suurenemise. Kui varem oli üks mikroorganism, siis nüüd on neid kaks, siis neli, siis kaheksa, siis 16, 32, 64, 128 jne. Et teile aimu anda, bakterid JA. coli optimaalsetes tingimustes saab seda jagada lõhustumise teel iga 20 minuti järel. Nagu võite ette kujutada, on bakterite arv 24 tunni jooksul selle paljunemiskiirusega mõeldamatu.

Järgmisena tutvustame lühidalt kõiki etappe, milleks binaarne lõhustumine jaguneb. Kindlasti on paljud siin kogutud mehhanismid teile tuttavad, kuna need on väga sarnased mitoosi omadega. Tee seda.

1. DNA replikatsioon

Selleks, et bakter jaguneks kaheks võrdseks, peab ta suutma oma geneetilist teavet ise paljundada.. Paljude uuritud mikroorganismide nukleoidis on üks ringikujuline kromosoom (a erinevus inimese rakkude tuumas olevast 46-st), seega võtame seda rusikareeglit kui viide.

Bakteri kromosoom on oma olemuselt replikon, kuna see termin viitab ühikule geneetilist teavet, mis sisaldab kõiki protsessi läbiviimiseks vajalikke elemente replikatsioon. See DNA kogum replitseeritakse ühes lähtepunktis, mis liigub lineaarselt kuni kogu molekuli täieliku dubleerimiseni.

Me ei peatu keeruliste protsesside juures, nagu kaasatud struktuurid, replikatsioonikahvel ja muud. Sel juhul piisab meile teadmisest, et ensüüme, mis selle mehhanismi võimalikuks teevad, nimetatakse DNA polümeraasideks ja et See on poolkonservatiivne protsess, st iga uus moodustunud molekul sisaldab ühte vana ja ühte uut DNA ahelat..

2. kromosoomide segregatsioon

Normaalse mitoosi korral paiknevad kromosoomid raku ekvaatoril juhuslikult, oodates mitootilise spindli poolt rakukeha igale äärmisele poolusele "tõmbamist". Meioosis (mis tekitab sugurakke) on see hetk tõeliselt oluline, kuna kromosoomide permutatsioonid rakuekvaatoril võib geneetilise jaotuse osas tekkida tuhandeid erinevaid kombinatsioone. viitab.

Sel juhul on asjad palju vähem põnevad, kuna meil on ainult kaks kromosoomi, mis tekivad ühe replikatsiooni teel. Kaks kromosoomi liiguvad ja eralduvad bakteri tsütoplasma igale poolusele ilma täiendavate komplikatsioonideta.

3. Eraldamine

Kui iga kromosoom liigub poolusele, tungib bakterimembraan sisse ja moodustab vaheseina, mida tuntakse ka vaheseinana., raku sees. Kui vahesein jaguneb, muutuvad mõlemad vastava geneetilise informatsiooniga bakterid üksikuteks üksusteks, mis on võimelised iseseisvalt ellu jääma.

Binaarse lõhustumise evolutsiooniline tähtsus

Tuleb rõhutada, et binaarset lõhustumist on mitut tüüpi olenevalt jaotustasandist (regulaarne, amööboidne, põik-, kaldus jne), kuid me ei taha keskenduda tehnilisele terminoloogiale. Lõpetuseks leiame, et selle mehhanismi põhjuse uurimine on palju huvitavam, nii lihtne kui ka hädavajalik.

Bakterite binaarse lõhustumise võti võib hõlmata ühes kontseptsioonis: logaritmiline vabanemine. See termin viitab bakterite kasvu teisele faasile pärast mikroorganismide harjumist uue söötmega, kuhu nad sisestatakse. Selles etapis täheldatakse bakterite kasvukõvera eksponentsiaalset suurenemist, st mida rohkem baktereid leitakse algpopulatsioonis, seda rohkem nad saavad jaguneda.

Tuleb märkida, et logaritmilise funktsiooni kalle sõltub keskkonnatingimustest, kuna soojas ja eraldatud kohas pole sama kui põhjapoolusel kasvada. Igal juhul on näha kasvu stabiliseerumist (üleminek statsionaarsesse faasi ehk "platoo"). mis on tingitud toitainete kättesaadavusest: bakterid lõpetavad jagunemise, kui vahendeid enam pole ellu jääda.

See on selge näide strateegiast "kvantiteet üle kvaliteedi". Kõik bakterid on vanemaga geneetiliselt identsed. (kuna binaarne lõhustumine on aseksuaalse paljunemise tüüp), nii et nende kohanemisvõime on sama, eks? Binaarse lõhustumise edukuse mõistmiseks peame arvestama ka sellega, et bakterigenoomi mutatsioonimäär on väga kõrge.

Sel põhjusel ei ole alati garanteeritud, et bakterite põlvkond on sama, mis eelmine, mis on nende mikroorganismide kohanemisvõime jaoks tohutult kasulik. Mutatsioonid on juhuslikud, nii et mõned võivad olla halvad ja mõned head, kuid peamine erinevus on see, et head on populatsioonis fikseeritud., samas kui negatiivsed kaovad.

Seega, mida kiiremini bakteripopulatsioon jaguneb, seda tõenäolisem on, et tekib mutatsioon, mis võimaldab keskkonnaga paremini kohaneda. Sellel alusel põhineb antibiootikumiresistentsete mikroorganismide olemasolu: binaarne lõhustumine ja bakteripopulatsioonide kasv annab neile võime muutuda resistentseks isegi kõige vastu spetsiifiline.

Kokkuvõte

Nagu olete näinud, on looduses kõigele seletus, välja arvatud erandjuhtudel. Binaarne lõhustumine on paljunemisstrateegia, mis on prokarüootsete organismide jaoks sama kehtiv kui suguline paljunemine, kuna nad saavutavad varieeruvuse geneetika, mis on vajalik selle genoomi mutatsioonidega kohanemiseks, mitte emase ja isase suguraku liitumise kaudu (nagu meie puhul liigid).

Lõppkokkuvõttes võib kogu evolutsiooniprotsessi kokku võtta järgmise lausega: elusolendid teevad seda, mis neil on, sellega, mis neil on. Binaarne lõhustumise mehhanism ei pruugi olla täiuslik, kuid see on kindlasti võimaldanud nende mikroorganismide püsimist ja laienemist Maal juba sajandeid.

Bibliograafilised viited:

• Eswara, P. J. ja Ramamurthi, K. S. (2017). Bakterirakkude jagunemine: mittemudelid, mis on valmis tähelepanu keskpunkti võtma. Mikrobioloogia aastaülevaade, 71, 393-411.
• Binaarne lõhustumine, Khan Academy. Kogutud 25. märtsil aastal https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/mitosis/a/bacterial-binary-fission
• Margolin, W. (2014). Binaarne lõhustumine bakterites. eLS.
• Nystrom, T. (2007). Bakteriaalne vananemine. PLoS Genet, 3(12), e224.
• Simson, R. Y. ja Bell, S. d. (2009). Iidsed ESCRT-d ja binaarse lõhustumise areng. Trends in Microbiology, 17(11), 507-513.
• Smith, J. M., Smith, N. H., O'Rourke, M. ja Spratt, B. g. (1993). Kui klonaalsed on bakterid?. Proceedings of the National Academy of Sciences, 90(10), 4384-4388.