Подвійне поділ: характеристики та фази цього процесу відтворення

Бактерії оточують нас всюди, навіть якщо ми їх не можемо побачити. Ці мікроорганізми необхідні для життя в усіх наземних екосистемах, оскільки вони життєво важливі в біогеохімічних процесах, таких як розкладання органічних речовин, завершення кругообігу азоту, виробництво кисню (фотосинтезуючі бактерії) і багато інших більше речей.

Ми йдемо далі, оскільки, за оцінками, бактерії складають 15% від загальної наземної біомаси (70 гігатонн), перевершуючи їх лише рослини. Крім того, що ці живі істоти знаходяться на всіх придатних для життя поверхнях, вони живуть і всередині нас: наша товста кишка містить 1014 бактеріальних одиниць, які допомагають нам розщеплювати речовини рослинного походження, активно запобігають зараженню іншими мікроорганізмами та забезпечують розвиток імунної системи під час наших перших кроків як істоти людей.

Усі ці цифри та дані вражають, але ми не хочемо на цьому зупинятися. Щоб знати значення бактерій у світі, необхідно дослідити їх спосіб життя, а що менше опишіть їх розмноження, щоб дізнатися, як колонії бактерій залишаються стабільними протягом тривалого часу. Базуючись на цій дуже цікавій передумові, ми розповімо вам усе

діленням.

• Пов'язана стаття: «Прокаріотичні клітини: що це таке і які їхні характеристики»

Що таке подвійний поділ?

подвійне поділ є тип нестатевого розмноження, який має місце у бактерій і архей, тобто мікроскопічних прокаріотичних організмів. Перш ніж продовжити, ми повинні встановити низку основ щодо відтворення.

Ми сказали, що маємо справу з типом нестатевого розмноження, передумови якого в основному такі ж, як і передумови мітозу в багатоклітинних організмах. Наші соматичні (тканинні) клітини діляться за цим механізмом, тобто поділом батьківської клітини на дві дочірні з однаковою формою, розміром і генетичною інформацією. У будь-якому випадку мітоз і поділ мають ряд дуже важливих відмінностей.

Загалом, це важливо підкреслити мітоз властивий тільки організмам з більш ніж однією клітиною. Цей механізм поділу клітин призначений для збільшення або заміни клітин a тканини і, отже, використовується для росту, розвитку та відновлення органів, які макіяж. З іншого боку, бінарне поділ дотримується набагато простішої передумови: там, де колись була одна бактерія, тепер їх дві.

З цієї причини бінарне поділ є типом нестатевого розмноження, яке зароджується лише в організмах. прокаріоти, тобто ті, які складаються лише з однієї клітини (бактерії та археї, у цьому справа). Якби це спостерігалося в багатоклітинному організмі, ми б зіткнулися з випадком мітозу. Просто як це.

Ступені подвійного поділу

Більшість бактерій розмножуються шляхом бінарного поділу, оскільки цей механізм викликає експоненціальне збільшення зразків у колонії. Якщо раніше був один мікроорганізм, то тепер два, потім чотири, потім вісім, потім 16, 32, 64, 128 і т.д. Щоб дати вам уявлення, бактерії І. кишкова паличка за оптимальних умов його можна розділити шляхом поділу один раз кожні 20 хвилин. Як ви можете собі уявити, за 24 години кількість бактеріальних одиниць немислима з такою швидкістю розмноження.

Далі ми коротко представимо кожну зі стадій, на які поділяється подвійне поділ. Напевно, багато зібраних тут механізмів вам знайомі, оскільки вони дуже схожі на механізми мітозу. Действуй.

1. Реплікація ДНК

Щоб бактерія могла розділитися на дві рівні, вона повинна бути здатною самостійно відтворювати свою генетичну інформацію.. Багато з досліджених мікроорганізмів мають одну кільцеву хромосому в своєму нуклеоїді (а відмінність від 46 у ядрі людських клітин), тому ми сприймемо це емпіричне правило як посилання.

Бактеріальна хромосома за своєю суттю є репліконом, оскільки цей термін відноситься до одиниці генетичної інформації, яка містить усі необхідні елементи для здійснення процесу тиражування. Цей пул ДНК реплікується в одному місці початку, яке рухається лінійно до повного дублювання всієї молекули.

Ми не збираємося зупинятися на складних процесах, таких як задіяні структури, форк реплікації та інші. У цьому випадку нам достатньо знати, що ферменти, які уможливлюють цей механізм, відомі як ДНК-полімерази і що Це напівконсервативний процес, тобто кожна нова утворена молекула містить один старий і один новий ланцюг ДНК..

2. сегрегація хромосом

У нормальному мітозі хромосоми розташовуються на екваторі клітини випадковим чином, чекаючи, щоб їх «підтягнуло» мітотичне веретено до кожного крайнього полюса тіла клітини. У мейозі (який дає початок гаметам) цей момент справді важливий, оскільки перестановки хромосом на екваторі клітини може призвести до тисяч різних комбінацій, що стосується генетичного розподілу. відноситься.

У цьому випадку все набагато менш захоплююче, оскільки ми маємо лише дві хромосоми, отримані шляхом реплікації однієї. Дві хромосоми переміщуються та відокремлюються до кожного полюса цитоплазми бактерії без подальших ускладнень.

3. Розлука

Коли кожна хромосома рухається до полюса, бактеріальна мембрана інвагінує, утворюючи перегородку, також відому як розділова стінка., всередині клітини. Коли перегородка ділиться, обидві бактерії з відповідною генетичною інформацією стають окремими істотами, здатними до автономного виживання.

Еволюційне значення подвійного поділу

Необхідно підкреслити, що в залежності від площини поділу існує декілька типів подвійного поділу (регулярне, амебоїдне, поперечне, косе та ін.), але ми не хочемо акцентувати увагу на технічній термінології. На завершення ми вважаємо набагато цікавішим дослідити причину цього механізму, настільки ж простого, як і важливого.

Ключ до подвійного поділу бактерій можна охопити однією концепцією: логарифмічне вивільнення. Цей термін відноситься до другої фази росту бактерій, після звикання мікроорганізмів до нового середовища, в яке вони введені. Під час цієї стадії спостерігається експоненціальне зростання кривої росту бактерій, тобто чим більше бактерій знайдено в початковій популяції, тим більше вони можуть ділитися.

Слід зазначити, що нахил логарифмічної функції залежить від умов навколишнього середовища, оскільки рости в теплому та відокремленому місці не те ж саме, що рости на Північному полюсі. У будь-якому випадку спостерігається стабілізація росту (перехід до стаціонарної фази або «плато») обумовлено доступністю поживних речовин: бактерії припиняють ділитися, коли більше немає засобів щоб вижити.

Це яскравий приклад стратегії «кількість над якістю». Усі бактерії генетично ідентичні батьківським. (оскільки бінарне поділ є типом нестатевого розмноження), тож їх здатність до адаптації однакова, чи не так? Щоб зрозуміти успіх бінарного поділу, ми також повинні взяти до уваги, що швидкість мутації бактеріального геному дуже висока.

З цієї причини не завжди гарантовано, що покоління бактерій буде таким же, як і попереднє, що є надзвичайно корисним для адаптивної здатності цих мікроорганізмів. Мутації є випадковими, тому деякі можуть бути поганими, інші можуть бути хорошими, але ключова відмінність полягає в тому, що хороші фіксуються в популяції., а негативні зникають.

Таким чином, чим швидше ділиться бактеріальна популяція, тим більша ймовірність появи мутації, яка дозволить краще адаптуватися до середовища. Існування стійких до антибіотиків мікроорганізмів базується на цій основі: подвійне поділ і зростання популяцій бактерій дає їм здатність стати стійкими навіть до найбільш конкретні.

Резюме

Як ви бачите, все в природі має пояснення, за винятком виняткових випадків. Бінарний поділ — це репродуктивна стратегія, яка є такою ж справедливою, як і статеве розмноження для прокаріотичних організмів, оскільки вони мають мінливість генетика, необхідна для адаптації до мутацій у своєму геномі, а не через об’єднання жіночої та чоловічої гамет (як це відбувається в нашому види).

Зрештою, весь еволюційний процес можна підсумувати таким реченням: живі істоти роблять усе, що можуть, із тим, що мають. Механізм подвійного поділу може бути не ідеальним, але він, безсумнівно, забезпечив постійність і поширення цих мікроорганізмів на Землі протягом століть.

Бібліографічні посилання:

• Ешвара, П. Дж. і Рамамурті К. С. (2017). Поділ бактеріальних клітин: немоделі готові взяти в центр уваги. Річний огляд мікробіології, 71, 393-411.
• Подвійне поділ, Академія Хана. Зібрано 25 березня в с https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/mitosis/a/bacterial-binary-fission
• Марголін, В. (2014). Бінарне поділ у бактерій. eLS.
• Ністром, Т. (2007). Бактеріальний вид старіння. PLoS Genet, 3(12), e224.
• Самсон, Р. Ю. і Белл С. d. (2009). Стародавні ESCRT та еволюція подвійного поділу. Тенденції в мікробіології, 17 (11), 507-513.
• Сміт, Дж. М., Сміт, Н. Х., О'Рурк М. та Спратт Б. g. (1993). Наскільки клональними є бактерії?. Праці Національної академії наук, 90 (10), 4384-4388.