ฟิชชันแบบไบนารี: ลักษณะและขั้นตอนของกระบวนการสืบพันธุ์นี้

แบคทีเรียอยู่รอบตัวเราทุกที่ แม้ว่าเราจะมองไม่เห็นพวกมันก็ตาม จุลินทรีย์เหล่านี้มีความจำเป็นต่อชีวิตในระบบนิเวศบนบกทั้งหมด เนื่องจากมีความสำคัญในกระบวนการชีวธรณีเคมี เช่น การสลายตัวของสารอินทรีย์ ความสมบูรณ์ของวัฏจักรไนโตรเจน การผลิตออกซิเจน (แบคทีเรียสังเคราะห์แสง) และอื่นๆ อีกมากมาย สิ่งอื่น ๆ

เราไปต่อ เนื่องจากคาดว่าแบคทีเรียมีส่วนร่วม 15% ของมวลชีวภาพบนบกทั้งหมด (70 กิกะตัน) ซึ่งเหนือกว่าพืชเท่านั้น นอกจากจะอยู่บนพื้นผิวทุกชนิดแล้ว สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ยังอาศัยอยู่ภายในตัวเราด้วย: ลำไส้ของเราประกอบด้วยหน่วยแบคทีเรีย 1,014 หน่วย ซึ่งช่วยให้เราย่อยอาหารได้ ต้นกำเนิดของพืช ป้องกันการติดเชื้อจากจุลินทรีย์อื่น ๆ และเปิดใช้งานการพัฒนาของระบบภูมิคุ้มกันในระหว่างขั้นตอนแรกของเราในฐานะสิ่งมีชีวิต มนุษย์

ตัวเลขและข้อมูลทั้งหมดนี้น่าตื่นเต้น แต่เราไม่ต้องการอยู่ที่นั่น หากต้องการทราบความสำคัญของแบคทีเรียในโลกนี้ จำเป็นต้องสำรวจวิถีชีวิตของพวกมันว่ามีอะไรมากไปกว่านั้น อธิบายการสืบพันธุ์ของพวกมันเพื่อค้นหาว่าอาณานิคมของแบคทีเรียยังคงเสถียรได้อย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป จากหลักฐานที่น่าสนใจนี้ เราจะบอกคุณทุกอย่างเกี่ยวกับ ฟิชชันแบบไบนารี.

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "เซลล์โปรคาริโอต: คืออะไรและมีลักษณะอย่างไร"

ฟิชชันแบบไบนารีคืออะไร?

ฟิชชันแบบไบนารีคือ การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นในแบคทีเรียและอาร์คีอา ซึ่งก็คือสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตด้วยกล้องจุลทรรศน์. ก่อนดำเนินการต่อ เราต้องสร้างฐานต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการสืบพันธุ์

เราได้กล่าวไปแล้วว่าเรากำลังเผชิญกับการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศประเภทหนึ่ง ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วก็เหมือนกับการสืบพันธุ์แบบไมโทซีสในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เซลล์ร่างกาย (เนื้อเยื่อ) ของเราแบ่งตามกลไกนี้ นั่นคือการแบ่งเซลล์ของพ่อแม่ออกเป็นลูกสาวสองคนที่มีรูปร่าง ขนาด และข้อมูลทางพันธุกรรมเหมือนกัน ไม่ว่าในกรณีใด ไมโทซีสและฟิชชันนำเสนอชุดของความแตกต่างที่สำคัญมาก

พูดอย่างกว้างๆ สิ่งสำคัญคือต้องเน้นย้ำว่า ไมโทซีสมีลักษณะเฉพาะสำหรับสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์มากกว่าหนึ่งเซลล์. กลไกการแบ่งเซลล์นี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มหรือแทนที่เซลล์ของ เนื้อเยื่อจึงนำไปใช้ในการเจริญเติบโต พัฒนา และซ่อมแซมอวัยวะนั้นๆ แต่งหน้า. ในทางกลับกัน ฟิชชันแบบไบนารีเป็นไปตามสมมติฐานที่ง่ายกว่ามาก: เมื่อมีแบคทีเรียหนึ่งตัว ตอนนี้มีแบคทีเรียสองตัว

ด้วยเหตุนี้ ฟิชชันแบบไบนารีจึงเป็นการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศชนิดหนึ่งที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตเท่านั้น โปรคาริโอตคือพวกที่ประกอบด้วยเซลล์เดียว (แบคทีเรียและอาร์เคียในที่นี้ กรณี). หากสังเกตพบในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ เราจะพบกรณีของไมโทซิส ง่ายอย่างนั้น

ขั้นตอนของฟิชชันแบบไบนารี

แบคทีเรียส่วนใหญ่ขยายพันธุ์โดยฟิชชันแบบไบนารีตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา กลไกนี้ทำให้ตัวอย่างเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณในอาณานิคม. เมื่อก่อนมีจุลินทรีย์อยู่ตัวเดียว ตอนนี้มี 2 ตัว 4 ตัว 8 ตัว แล้วก็ 16, 32, 64, 128 เป็นต้น เพื่อให้คุณมีความคิดแบคทีเรีย และ. โคไล ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม มันสามารถแบ่งตัวโดยฟิชชันทุกๆ 20 นาที อย่างที่คุณจินตนาการได้ ใน 24 ชั่วโมงจำนวนหน่วยของแบคทีเรียนั้นเหลือเชื่อด้วยอัตราการสืบพันธุ์นี้

ต่อไป เราจะนำเสนอแต่ละขั้นตอนโดยสังเขปซึ่งการแบ่งฟิชชันแบบไบนารี แน่นอนว่ากลไกหลายอย่างที่รวบรวมไว้ในที่นี้คุ้นเคยกับคุณ เนื่องจากกลไกเหล่านี้มีความคล้ายคลึงกับกลไกแบบไมโทซีสมาก ไปเลย

1. การจำลองแบบของดีเอ็นเอ

เพื่อให้แบคทีเรียแบ่งออกเป็นสองส่วนเท่าๆ กัน แบคทีเรียจะต้องสามารถจำลองข้อมูลทางพันธุกรรมได้ด้วยตนเอง. จุลินทรีย์จำนวนมากที่ศึกษามีโครโมโซมแบบวงกลมเดี่ยวในนิวเคลียสของพวกมัน (a แตกต่างจาก 46 ในนิวเคลียสของเซลล์มนุษย์) ดังนั้นเราจะยึดกฎง่ายๆนี้ว่า อ้างอิง.

โครโมโซมของแบคทีเรียโดยเนื้อแท้แล้วเป็นแบบจำลอง เนื่องจากคำนี้หมายถึงหน่วยหนึ่งๆ ของข้อมูลทางพันธุกรรมที่มีองค์ประกอบที่จำเป็นทั้งหมดเพื่อดำเนินกระบวนการ การจำลองแบบ แหล่งรวมดีเอ็นเอนี้ถูกทำซ้ำที่จุดกำเนิดเดียว ซึ่งจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงจนกระทั่งการทำซ้ำของโมเลกุลทั้งหมดเสร็จสมบูรณ์

เราจะไม่หยุดอยู่แค่กระบวนการที่ซับซ้อน เช่น โครงสร้างที่เกี่ยวข้อง replication fork และอื่นๆ ในกรณีนี้ก็เพียงพอแล้วที่เราจะรู้ว่าเอนไซม์ที่ทำให้กลไกนี้เป็นไปได้เรียกว่า DNA polymerases และนั่น เป็นกระบวนการกึ่งอนุรักษ์ กล่าวคือ แต่ละโมเลกุลใหม่ที่เกิดขึ้นประกอบด้วยสายดีเอ็นเอเก่าหนึ่งสายและสายดีเอ็นเอใหม่หนึ่งสาย.

2. การแยกโครโมโซม

ในไมโทซิสปกติ โครโมโซมจะอยู่ที่เส้นศูนย์สูตรของเซลล์ในลักษณะสุ่ม รอการ "ดึง" โดยแกนทิคส์ไปยังขั้วสุดขั้วของเซลล์ ในไมโอซิส (ซึ่งทำให้เกิดเซลล์สืบพันธุ์) ช่วงเวลานี้มีความสำคัญอย่างแท้จริง เนื่องจากการเรียงสับเปลี่ยนของโครโมโซม ที่เส้นศูนย์สูตรของเซลล์สามารถส่งผลให้เกิดการผสมกันที่แตกต่างกันหลายพันแบบ เท่าที่เกี่ยวข้องกับการกระจายทางพันธุกรรม หมายถึง.

ในกรณีนี้ สิ่งต่าง ๆ น่าตื่นเต้นน้อยกว่ามากเนื่องจาก เรามีโครโมโซมเพียงสองตัวที่เกิดจากการจำลองแบบของโครโมโซมหนึ่ง. โครโมโซมทั้งสองจะเคลื่อนที่และแยกจากกันไปยังแต่ละขั้วของไซโตพลาสซึมของแบคทีเรีย โดยไม่เกิดภาวะแทรกซ้อนเพิ่มเติม

3. แยก

เมื่อโครโมโซมแต่ละแท่งเคลื่อนที่ไปที่ขั้ว เยื่อหุ้มแบคทีเรียจะขยายตัวเพื่อสร้างกะบังหรือที่เรียกว่าผนังกั้น,ภายในเซลล์. เมื่อเยื่อบุโพรงแบ่งตัว แบคทีเรียทั้งสองที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมที่สอดคล้องกันจะกลายเป็นตัวตนเดี่ยวที่สามารถอยู่รอดได้เอง

ความสำคัญเชิงวิวัฒนาการของฟิชชันแบบไบนารี

จำเป็นต้องเน้นว่ามีการแบ่งตัวแบบไบนารีหลายประเภทขึ้นอยู่กับระนาบของการแบ่ง (ปกติ, อะมีบอยด์, ตามขวาง, เอียง, ฯลฯ ) แต่เราไม่ต้องการเน้นที่คำศัพท์ทางเทคนิค ในการปิดท้าย เราพบว่าการสำรวจเหตุผลของกลไกนี้น่าสนใจกว่ามาก ง่ายๆ เท่าที่จำเป็น

กุญแจสำคัญในการแตกตัวของไบนารีของแบคทีเรียสามารถรวมไว้ในแนวคิดเดียว: การปล่อยลอการิทึม. คำนี้หมายถึงระยะที่สองของการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย หลังจากการทำให้จุลินทรีย์เกิดความเคยชินกับอาหารเลี้ยงเชื้อใหม่ที่พวกมันถูกนำเข้ามา ในระหว่างขั้นตอนนี้ จะสังเกตเห็นการเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณของเส้นโค้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย กล่าวคือ ยิ่งพบแบคทีเรียจำนวนมากในประชากรเริ่มต้น พวกมันก็จะแบ่งตัวได้มากขึ้น

ควรสังเกตว่าความชันของฟังก์ชันลอการิทึมนั้นขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมเนื่องจากการปลูกในที่อบอุ่นและเงียบสงบนั้นไม่เหมือนกันกว่าที่จะเติบโตที่ขั้วโลกเหนือ ไม่ว่าในกรณีใด ๆ จะเห็นการเจริญเติบโตที่คงที่ (ทางผ่านไปยังระยะหยุดนิ่งหรือ "ที่ราบสูง") เงื่อนไขโดยความพร้อมของสารอาหาร: แบคทีเรียหยุดแบ่งตัวเมื่อไม่มีวิธีการอื่น เพื่อความอยู่รอด

นี่คือตัวอย่างที่ชัดเจนของกลยุทธ์ “ปริมาณมากกว่าคุณภาพ” แบคทีเรียทั้งหมดมีลักษณะทางพันธุกรรมเหมือนกับพ่อแม่ (เนื่องจากฟิชชันแบบไบนารีคือการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศชนิดหนึ่ง) ดังนั้นความสามารถในการปรับตัวจึงเหมือนกันใช่ไหม เพื่อให้เข้าใจถึงความสำเร็จของการแยกตัวแบบไบนารี เราต้องคำนึงด้วยว่าอัตราการกลายพันธุ์ของจีโนมของแบคทีเรียนั้นสูงมาก

ด้วยเหตุนี้ จึงไม่รับประกันเสมอไปว่าการสร้างแบคทีเรียจะเหมือนกับรุ่นก่อนหน้า ซึ่งเป็นสิ่งที่มีประโยชน์อย่างมากต่อความสามารถในการปรับตัวของจุลินทรีย์เหล่านี้ การกลายพันธุ์เป็นแบบสุ่ม ดังนั้นบางตัวอาจไม่ดีและบางตัวอาจดี แต่ความแตกต่างที่สำคัญคือการกลายพันธุ์ที่ดีจะคงที่ในประชากรในขณะที่สิ่งที่เป็นลบจะหายไป

ดังนั้น ยิ่งประชากรแบคทีเรียแบ่งตัวได้เร็วเท่าไร ก็ยิ่งมีโอกาสที่จะเกิดการกลายพันธุ์ที่ช่วยให้ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้ดีขึ้นเท่านั้น การดำรงอยู่ของจุลินทรีย์ที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะขึ้นอยู่กับรากฐานนี้: ฟิชชันแบบไบนารีและ การเติบโตของประชากรแบคทีเรียทำให้พวกเขามีความสามารถในการต้านทานได้มากที่สุด เฉพาะเจาะจง.

สรุป

อย่างที่คุณได้เห็น ทุกสิ่งในธรรมชาติมีคำอธิบาย ยกเว้นกรณีพิเศษ ฟิชชันแบบไบนารีเป็นกลยุทธ์การสืบพันธุ์ที่ถูกต้องเช่นเดียวกับการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศสำหรับสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอต เนื่องจากพวกมันได้รับความแปรปรวน พันธุศาสตร์ที่จำเป็นในการปรับตัวจากการกลายพันธุ์ในจีโนมของมัน และไม่ผ่านการรวมกันของเซลล์สืบพันธุ์เพศเมียและเพศผู้ (ดังที่เกิดขึ้นใน สายพันธุ์).

ในตอนท้ายของวัน กระบวนการวิวัฒนาการทั้งหมดสามารถสรุปได้ในประโยคต่อไปนี้: สิ่งมีชีวิตทำในสิ่งที่ทำได้ด้วยสิ่งที่พวกเขามี กลไกฟิชชันแบบไบนารีอาจไม่สมบูรณ์แบบ แต่แน่นอนว่าช่วยให้จุลินทรีย์เหล่านี้คงอยู่และขยายตัวได้บนโลกมานานหลายศตวรรษ

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• เอสวารา, พี. เจ., & รามมูรติ, พ. ส. (2017). การแบ่งเซลล์ของแบคทีเรีย: ไม่ใช่แบบจำลองที่พร้อมจะเป็นจุดสนใจ การทบทวนจุลชีววิทยาประจำปี 71, 393-411
• ฟิชชันแบบไบนารี Khan Academy รวบรวมเมื่อวันที่ 25 มีนาคม พ.ศ https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/mitosis/a/bacterial-binary-fission
• มาร์โกลิน ว. (2014). ฟิชชันแบบไบนารีในแบคทีเรีย เอล.
• ไนสตรอม, ที. (2007). แบคทีเรียชนิดหนึ่งของความชรา กรุณา Genet, 3(12), e224.
• แซมซั่น, ร. ย., & เบลล์, ส. ง. (2009). ESCRTs โบราณและวิวัฒนาการของฟิชชันแบบไบนารี แนวโน้มจุลชีววิทยา 17(11), 507-513
• สมิธ, เจ. เอ็ม, สมิธ, เอ็น. H., O'Rourke, M., & Spratt, B. กรัม (1993). แบคทีเรียเป็นอย่างไร?. การดำเนินการของ National Academy of Sciences, 90(10), 4384-4388