Binarna fisija: karakteristike i faze ovog procesa reprodukcije

Bakterije nas okružuju posvuda, čak i ako ih ne možemo vidjeti. Ovi mikroorganizmi su neophodni za život u svim kopnenim ekosustavima, budući da su vitalni u biogeokemijskim procesima kao što su razgradnja organske tvari, završetak ciklusa dušika, proizvodnja kisika (fotosintetske bakterije) i mnogi drugi više stvari.

Idemo dalje, budući da se procjenjuje da bakterije doprinose 15% ukupne kopnene biomase (70 gigatona), a nadmašuju ih samo biljke. Osim što su na svim nastanjivim površinama, ova živa bića također žive u nama: naše debelo crijevo sadrži 1014 bakterijskih jedinica koje nam pomažu razgraditi tvari biljnog podrijetla, aktivno sprječavaju infekcije od drugih mikroorganizama i omogućuju razvoj imunološkog sustava tijekom naših prvih koraka kao bića ljudi.

Sve ove brojke i podaci su uzbudljivi, ali ne želimo ostati na tome. Da bismo spoznali važnost bakterija u svijetu, potrebno je istražiti njihov način života, a što manje od toga opišite njihovu reprodukciju kako biste saznali kako bakterijske kolonije ostaju stabilne tijekom vremena. Na temelju ove vrlo zanimljive premise, reći ćemo vam sve o tome

binarna fisija.

• Povezani članak: "Prokariotske stanice: što su i koje su njihove karakteristike"

Što je binarna fisija?

binarna fisija je vrsta nespolnog razmnožavanja koja se odvija u bakterijama i arhejama, odnosno mikroskopskim prokariotskim organizmima. Prije nego što nastavimo, moramo uspostaviti niz osnova što se tiče reprodukcije.

Rekli smo da imamo posla s vrstom nespolnog razmnožavanja, čija je premisa u osnovi ista kao i mitoza u višestaničnih organizama. Naše somatske (tkivne) stanice dijele se ovim mehanizmom, odnosno dijeljenjem roditeljske stanice na dvije kćeri istog oblika, veličine i genetskih podataka. U svakom slučaju, mitoza i fisija predstavljaju niz vrlo važnih razlika.

Općenito govoreći, bitno je to naglasiti mitoza je jedinstvena za organizme s više od jedne stanice. Ovaj mehanizam stanične diobe ima za cilj povećati ili zamijeniti stanice a tkiva i stoga se koristi za rast, razvoj i popravak organa koji šminka. S druge strane, binarna fisija slijedi mnogo jednostavniju premisu: gdje je nekad bila jedna bakterija, sada su dvije.

Iz tog razloga, binarna fisija je vrsta nespolnog razmnožavanja koja je začeta samo u organizmima. prokarioti, to jest oni koji se sastoje od samo jedne stanice (bakterije i arheje, u ovom slučaj). Kad bi se to promatralo u višestaničnom organizmu, suočili bismo se sa slučajem mitoze. Jednostavno kao to.

Koraci binarne fisije

Većina bakterija razmnožava se binarnom fisijom, jer ovaj mehanizam uzrokuje eksponencijalni porast jedinki u koloniji. Gdje je prije bio jedan mikroorganizam, sada su dva, pa četiri, pa osam, pa 16, 32, 64, 128 itd. Da vam dam ideju, bakterije I. coli pod optimalnim uvjetima može se podijeliti fisijom jednom svakih 20 minuta. Kao što možete zamisliti, u 24 sata broj bakterijskih jedinica je nezamisliv s ovom stopom reprodukcije.

Zatim ćemo ukratko predstaviti svaki od stupnjeva na koje se dijeli binarna fisija. Zasigurno su vam poznati mnogi od ovdje prikupljenih mehanizama, jer su vrlo slični onima mitoze. Samo napred.

1. Replikacija DNA

Da bi se bakterija podijelila na dva jednaka dijela, mora biti sposobna samoreplicirati svoje genetske informacije.. Mnogi od proučavanih mikroorganizama imaju jedan kružni kromosom u svom nukleoidu (a razlika od 46 u jezgri ljudskih stanica), pa ćemo ovo pravilo uzeti kao referenca.

Bakterijski kromosom je inherentno replikon, jer se ovaj izraz odnosi na jedinicu genetskih informacija koje sadrže sve potrebne elemente za provođenje procesa replikacija. Ovaj skup DNK replicira se na jednom mjestu, koje se kreće linearno do potpunog dupliciranja cijele molekule.

Nećemo stati na složenim procesima kao što su uključene strukture, replikacijska vilica i drugi. Dovoljno nam je znati, u ovom slučaju, da su enzimi koji omogućuju ovaj mehanizam poznati kao DNA polimeraze i da To je polukonzervativan proces, odnosno svaka nova nastala molekula sadrži jedan stari i jedan novi lanac DNA..

2. segregacija kromosoma

U normalnoj mitozi, kromosomi su postavljeni na ekvatoru stanice nasumično, čekajući da ih mitotičko vreteno "povuče" do svakog krajnjeg pola staničnog tijela. U mejozi (od koje nastaju gamete) ovaj je trenutak doista važan, budući da permutacije kromosoma na staničnom ekvatoru može rezultirati tisućama različitih kombinacija što se tiče genetske distribucije. odnosi se.

U ovom slučaju, stvari su mnogo manje uzbudljive, jer imamo samo dva kromosoma proizvedena replikacijom jednog. Dva se kromosoma pomiču i odvajaju na svaki pol citoplazme bakterije, bez daljnjih komplikacija.

3. Razdvajanje

Kako svaki kromosom putuje do pola, bakterijska membrana invaginira i oblikuje septum, također poznat kao pregradni zid., unutar ćelije. Kada se septum podijeli, obje bakterije s odgovarajućom genetskom informacijom postaju pojedinačni entiteti sposobni za autonomni opstanak.

Evolucijsko značenje binarne fisije

Potrebno je naglasiti da postoji više vrsta binarne fisije ovisno o ravnini podjele (pravilna, ameboidna, transverzalna, kosa itd.), ali se ne želimo fokusirati na stručnu terminologiju. Na kraju, smatramo da je mnogo zanimljivije istražiti razlog za ovaj mehanizam, koliko jednostavan koliko i bitan.

Ključ bakterijske binarne fisije može se obuhvatiti jednim konceptom: logaritamsko otpuštanje. Ovaj pojam odnosi se na drugu fazu rasta bakterija, nakon navikavanja mikroorganizama na novi medij u koji su uneseni. Tijekom ove faze opaža se eksponencijalni porast krivulje rasta bakterija, odnosno što se više bakterija nađe u početnoj populaciji, to se one više mogu dijeliti.

Treba napomenuti da nagib logaritamske funkcije ovisi o uvjetima okoliša, budući da nije isto rasti na toplom i osamljenom mjestu nego rasti na Sjevernom polu. U svakom slučaju vidi se stabilizacija rasta (prijelaz u stacionarnu fazu ili "plato"). uvjetovana dostupnošću hranjivih tvari: bakterije se prestaju dijeliti kad više nema sredstava preživjeti.

Ovo je jasan primjer strategije "kvantiteta ispred kvalitete". Sve su bakterije genetski identične roditelju. (jer je binarna fisija vrsta aseksualne reprodukcije), pa je njihova prilagodljivost ista, zar ne? Da bismo razumjeli uspjeh binarne fisije, također moramo uzeti u obzir da je stopa mutacije bakterijskog genoma vrlo visoka.

Iz tog razloga nije uvijek zajamčeno da će bakterijska generacija biti ista kao prethodna, što je izuzetno korisno za sposobnost prilagodbe ovih mikroorganizama. Mutacije su nasumične, pa neke mogu biti loše, a neke dobre, ali ključna je razlika u tome što su one dobre fiksirane u populaciji., dok negativni nestaju.

Dakle, što se bakterijska populacija brže dijeli, to je vjerojatnije da će se pojaviti mutacija koja omogućuje bolju prilagodbu okolišu. Postojanje mikroorganizama otpornih na antibiotike temelji se na ovom temelju: binarna fisija i rast bakterijske populacije daje im sposobnost da postanu otporne čak i na većinu specifično.

Sažetak

Kao što ste vidjeli, sve u prirodi ima objašnjenje, osim iznimnih slučajeva. Binarna fisija je reproduktivna strategija koja je jednako važeća kao i spolna reprodukcija za prokariotske organizme, budući da oni dobivaju varijabilnost genetika potrebna za prilagodbu mutacijama u svom genomu, a ne kroz spajanje ženske i muške gamete (kao što se događa u našem vrsta).

Na kraju krajeva, cijeli evolucijski proces može se sažeti u sljedeću rečenicu: živa bića čine što mogu s onim što imaju. Mehanizam binarne fisije možda nije savršen, ali je svakako omogućio postojanost i širenje ovih mikroorganizama na Zemlji stoljećima.

Bibliografske reference:

• Eswara, P. J. i Ramamurthi, K. S. (2017). Dioba bakterijskih stanica: ne-modeli spremni zauzeti svjetla pozornosti. Godišnji pregled mikrobiologije, 71, 393-411.
• Binarna fisija, Khan Academy. Sabrano 25. ožujka u https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/mitosis/a/bacterial-binary-fission
• Margolin, W. (2014). Binarna fisija u bakterijama. eLS.
• Nystrom, T. (2007). Bakterijska vrsta starenja. PLoS Genet, 3(12), e224.
• Samson, R. Y. i Bell, S. d. (2009). Drevni ESCRT i evolucija binarne fisije. Trendovi u mikrobiologiji, 17(11), 507-513.
• Smith, J. M., Smith, N. H., O'Rourke, M. i Spratt, B. g. (1993). Koliko su bakterije klonalne? Proceedings of the National Academy of Sciences, 90(10), 4384-4388.