Binárne štiepenie: charakteristiky a fázy tohto reprodukčného procesu

Baktérie nás obklopujú všade, aj keď ich nevidíme. Tieto mikroorganizmy sú nevyhnutné pre život vo všetkých suchozemských ekosystémoch, keďže sú životne dôležité v biogeochemických procesoch ako napr. rozklad organickej hmoty, dokončenie cyklu dusíka, produkcia kyslíka (fotosyntetické baktérie) a mnohé iné viac vecí.

Ideme ešte ďalej, keďže sa odhaduje, že baktérie tvoria 15 % celkovej suchozemskej biomasy (70 gigaton), prevyšujú ju iba rastliny. Okrem toho, že sú na všetkých obývateľných povrchoch, žijú tieto živé veci aj v nás: naše hrubé črevo obsahuje 1014 bakteriálnych jednotiek, ktoré nám pomáhajú rozkladať hmotu rastlinného pôvodu, aktívne zabraňujú infekcii inými mikroorganizmami a umožňujú rozvoj imunitného systému počas našich prvých bytostných krokov ľudí.

Všetky tieto čísla a údaje sú vzrušujúce, ale nechceme tam zostať. Aby sme poznali dôležitosť baktérií vo svete, je potrebné preskúmať ich spôsob života a čo menej opísať ich rozmnožovanie, aby ste zistili, ako bakteriálne kolónie zostávajú stabilné v priebehu času. Na základe tohto veľmi zaujímavého predpokladu vám povieme všetko o

binárne delenie.

• Súvisiaci článok: "Prokaryotické bunky: čo sú a aké sú ich vlastnosti"

Čo je binárne štiepenie?

binárne štiepenie je druh nepohlavného rozmnožovania, ktorý prebieha v baktériách a archeách, teda v mikroskopických prokaryotických organizmoch. Predtým, ako budeme pokračovať, musíme vytvoriť sériu základov, pokiaľ ide o reprodukciu.

Povedali sme, že máme do činenia s typom nepohlavného rozmnožovania, ktorého predpoklad je v podstate rovnaký ako predpoklad mitózy u mnohobunkových organizmov. Naše somatické (tkanivové) bunky sa delia týmto mechanizmom, teda rozdelením rodičovskej bunky na dve dcérske s rovnakým tvarom, veľkosťou a genetickou informáciou. V každom prípade mitóza a štiepenie predstavujú sériu veľmi dôležitých rozdielov.

Vo všeobecnosti je dôležité zdôrazniť to mitóza je jedinečná pre organizmy s viac ako jednou bunkou. Tento mechanizmus bunkového delenia je určený na zvýšenie alebo nahradenie buniek a tkaniva, a preto sa používa na rast, vývoj a opravu orgánov, ktoré makeup. Na druhej strane, binárne štiepenie vychádza z oveľa jednoduchšieho predpokladu: tam, kde kedysi existovala jedna baktéria, sú teraz dve.

Z tohto dôvodu je binárne štiepenie typom nepohlavného rozmnožovania, ktorý sa vyskytuje iba v organizmoch. prokaryoty, teda tie, ktoré sú tvorené iba jednou bunkou (baktérie a archea, v tomto prípad). Ak by bol pozorovaný v mnohobunkovom organizme, čelili by sme prípadu mitózy. Také jednoduché.

Kroky binárneho štiepenia

Väčšina baktérií sa rozmnožuje binárnym štiepením, od r tento mechanizmus spôsobuje exponenciálny nárast vzoriek v kolónii. Tam, kde predtým bol jeden mikroorganizmus, sú teraz dva, potom štyri, potom osem, potom 16, 32, 64, 128 atď. Pre predstavu, baktérie A. coli za optimálnych podmienok sa môže deliť štiepením raz za 20 minút. Ako si viete predstaviť, za 24 hodín je počet bakteriálnych jednotiek pri tejto rýchlosti reprodukcie nepredstaviteľný.

Ďalej stručne predstavíme každú z etáp, na ktoré sa delí binárne štiepenie. Mnohé z tu zozbieraných mechanizmov sú vám určite známe, pretože sú veľmi podobné mechanizmom mitózy. Ísť na to.

1. Replikácia DNA

Aby sa baktéria rozdelila na dve rovnaké časti, musí byť schopná sama replikovať svoju genetickú informáciu.. Mnohé zo študovaných mikroorganizmov majú vo svojom nukleoide jeden kruhový chromozóm (a rozdiel od 46 v jadre ľudských buniek), takže toto pravidlo budeme brať ako odkaz.

Bakteriálny chromozóm je neodmysliteľne replikón, pretože tento výraz sa vzťahuje na jednotku genetickej informácie, ktorá obsahuje všetky potrebné prvky na uskutočnenie procesu replikácie. Tento súbor DNA sa replikuje v jedinom počiatku, ktorý sa pohybuje lineárne až do úplnej duplikácie celej molekuly.

Nezastavíme sa pri zložitých procesoch, ako sú príslušné štruktúry, replikačná vidlica a iné. V tomto prípade nám stačí vedieť, že enzýmy, ktoré umožňujú tento mechanizmus, sú známe ako DNA polymerázy a že Ide o semikonzervatívny proces, to znamená, že každá nová vytvorená molekula obsahuje jeden starý a jeden nový reťazec DNA..

2. segregácia chromozómov

V normálnej mitóze sú chromozómy umiestnené na rovníku bunky náhodným spôsobom a čakajú, kým ich mitotické vretienko „vytiahne“ ku každému krajnému pólu bunkového tela. V meióze (ktorá vedie k vzniku gamét) je tento moment skutočne dôležitý, pretože dochádza k permutáciám chromozómov na bunkovom rovníku môže viesť k tisíckam rôznych kombinácií, pokiaľ ide o genetickú distribúciu. odkazuje.

V tomto prípade sú veci oveľa menej vzrušujúce, pretože máme len dva chromozómy vytvorené replikáciou jedného. Dva chromozómy sa pohybujú a segregujú ku každému pólu cytoplazmy baktérie bez ďalších komplikácií.

3. Separácia

Keď každý chromozóm cestuje k pólu, bakteriálna membrána sa invaginuje a vytvorí septum, známe tiež ako deliaca stena., vo vnútri bunky. Keď sa septum rozdelí, obe baktérie so zodpovedajúcou genetickou informáciou sa stanú samostatnými entitami schopnými autonómneho prežitia.

Evolučný význam binárneho štiepenia

Je potrebné zdôrazniť, že existuje niekoľko typov binárneho štiepenia v závislosti od roviny delenia (pravidelné, améboidné, priečne, šikmé atď.), nechceme sa však venovať odbornej terminológii. Na záver považujeme za oveľa zaujímavejšie preskúmať dôvod tohto mechanizmu, ktorý je taký jednoduchý, ako je nevyhnutný.

Kľúč k bakteriálnemu binárnemu štiepeniu možno zahrnúť do jediného konceptu: logaritmické uvoľňovanie. Tento termín sa vzťahuje na druhú fázu rastu baktérií, po privyknutí si mikroorganizmov na nové médium, do ktorého sú zavedené. Počas tohto štádia sa pozoruje exponenciálny nárast krivky rastu baktérií, to znamená, že čím viac baktérií sa nachádza v počiatočnej populácii, tým viac sa môžu deliť.

Treba poznamenať, že sklon logaritmickej funkcie závisí od podmienok prostredia, pretože nie je to isté rásť na teplom a odľahlom mieste ako rásť na severnom póle. V každom prípade je vidieť stabilizáciu rastu (prechod do stacionárnej fázy alebo „plató“) podmienené dostupnosťou živín: baktérie sa prestanú deliť, keď už nie sú prostriedky prežiť.

Toto je jasný príklad stratégie „kvantita nad kvalitou“. Všetky baktérie sú geneticky identické s rodičmi. (pretože binárne štiepenie je typ nepohlavného rozmnožovania), takže ich adaptabilita je rovnaká, však? Aby sme pochopili úspešnosť binárneho štiepenia, musíme tiež vziať do úvahy, že rýchlosť mutácií bakteriálneho genómu je veľmi vysoká.

Z tohto dôvodu nie je vždy zaručené, že generácia baktérií bude rovnaká ako predchádzajúca, čo je mimoriadne prospešné pre adaptačnú schopnosť týchto mikroorganizmov. Mutácie sú náhodné, takže niektoré môžu byť zlé a niektoré dobré, ale kľúčový rozdiel je v tom, že tie dobré sú v populácii fixné., pričom tie negatívne miznú.

Čím rýchlejšie sa teda bakteriálna populácia delí, tým je pravdepodobnejšie, že sa objaví mutácia, ktorá umožní lepšie prispôsobenie sa prostrediu. Existencia mikroorganizmov rezistentných na antibiotiká je založená na tomto základe: binárne štiepenie a rast bakteriálnych populácií im dáva schopnosť stať sa odolnými aj voči tým najnáročnejším špecifické.

Zhrnutie

Ako ste videli, všetko v prírode má vysvetlenie, okrem výnimočných prípadov. Binárne štiepenie je reprodukčná stratégia, ktorá je rovnako platná ako sexuálna reprodukcia pre prokaryotické organizmy, pretože získavajú variabilitu genetika nevyhnutná na prispôsobenie sa mutáciám v jeho genóme, a nie spojením ženskej a mužskej gaméty (ako sa vyskytuje v našej druhy).

Na konci dňa možno celý evolučný proces zhrnúť do nasledujúcej vety: živé veci robia, čo môžu, s tým, čo majú. Mechanizmus binárneho štiepenia nemusí byť dokonalý, ale určite umožnil stálosť a expanziu týchto mikroorganizmov na Zemi po stáročia.

Bibliografické odkazy:

• Eswara, P. J. a Ramamurthi, K. S. (2017). Delenie bakteriálnych buniek: nemodely, ktoré sú pripravené dostať sa do centra pozornosti. Annual review of microbiology, 71, 393-411.
• Binárne štiepenie, Khan Academy. Zhromaždené 25. marca v https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/mitosis/a/bacterial-binary-fission
• Margolin, W. (2014). Binárne štiepenie v baktériách. eLS.
• Nystrom, T. (2007). Bakteriálny druh starnutia. PLoS Genet, 3(12), e224.
• Samson, R. Y. a Bell, S. d. (2009). Staroveké ESCRT a vývoj binárneho štiepenia. Trendy v mikrobiológii, 17(11), 507-513.
• Smith, J. M., Smith, N. H., O'Rourke, M., & Spratt, B. g. (1993). Ako klonálne sú baktérie? Proceedings of the National Academy of Sciences, 90(10), 4384-4388.