ЯК РОЗМНОЖУЮТЬСЯ БАКТЕРІЇ? БЕЗСТАТЕВЕ ТА СТАТЕВЕ РОЗМНОЖЕННЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Бактерії розмножуються переважно безстатевими шляхами, такими як бінарне ділення, це процес, за допомогою якого клітина ділиться на дві однакові менші клітини. Однак ці мікроорганізми також демонструють тип статевого розмноження через процес, який називається "кон'югація".

Що стосується безстатевого розмноження, то бінарне ділення переважає, але є повідомлення про "незвичайні" або "альтернативні" закономірності поділу в цій групі одноклітинних організмів, такі як брунькування, множинне ділення та утворення "внутрішньоклітинного" потомства. назвати декілька.

Схема клітини прокаріона (Джерело: Це векторне зображення повністю зроблено Алі Зіфаном через Вікімедію)

Перш ніж заглиблюватися в різні механізми розмноження бактерій, доречно запам'ятати ключову інформацію, щоб зрозуміти деякі аспекти цих біологічних процесів.

Загальна характеристика бактерій

Бактерії - прокаріотичні організми, тобто їх генетичний матеріал не укладений у мембранозну структуру, відому як «ядро», яка існує в еукаріотів.

Це надзвичайно успішна та різноманітна група, що складається з переважно одноклітинних організмів, хоча деякі можуть утворювати колонії та нитки. Вони зустрічаються практично у всіх екосистемах над біосферою і мають надзвичайно важливе значення для багатьох біологічних процесів, властивих багатоклітинним живим істотам.

Бактеріальні клітини - це маленькі клітини (не більше пари мікронів у діаметрі), особливо порівняно з еукаріотичними клітинами. Цитозол значно «простіший», ніж клітина тварини або рослини, наприклад, оскільки немає мембранозної органели.

Усередині нього знаходяться велика кількість рибосом, зберігають гранули різних речовин, білки різних типів і велика, кругла і переохолоджена хромосома, а також невеликі позахромосомні молекули ДНК, відомі як "плазміди".

Клітинна оболонка бактерій є досить особливою, оскільки складається з складного полімеру під назвою "пептидоглікан", який складається з аміно-цукрів, пов'язаних з поліпептидами. Для їх класифікації використовуються характеристики стінки та плазматичної мембрани цих організмів.

Деякі бактерії також покриті «капсулою», яка оточує їх клітинну стінку і яка має захисні функції. Інші бактерії рухливі і мають спеціалізовані структури, які виступають з їх поверхні, такі як вії та джгутики.

Оскільки не всі бактерії можуть бути вирощені in vitro в лабораторіях, інформація, якою керує наукове співтовариство щодо їх метаболізму, розмноження, морфології та загальних характеристик, значною мірою залежить від даних, отриманих у дослідженнях, проведених на модельних видах.

Безстатеве розмноження бактерій

Безстатеве розмноження полягає у формуванні клонів у індивіда, який функціонує як "мати". На відміну від статевого розмноження, для цього процесу потрібна лише одна клітина, яка дублює свої внутрішні компоненти і поділяється, наприклад, на дві рівні дочірні клітини.

- Двійкове ділення

Також відомий як «розділення», бінарне поділ є основною формою розмноження більшості бактерій у природі. У цьому процесі клітина, що ділиться, робить це таким чином, що виробляє дві менші клітини, генетично ідентичні, і початкова клітина "зникає".

Клітина, що ділиться, обов'язково повинна була пройти попередній "підготовчий" процес, завдяки якому вона подвоїла свій внутрішній вміст (хромосома, білки, рибосоми тощо) і збільшила вміст цитозолю до майже вдвічі.

Бінарне ділення (Джерело: Binary_fission.svg: Намальовано w: Користувач: JWSchmidt (w: Зображення: Binary fission.png);

Дві копії бактеріальної хромосоми секретуються до обох полюсів ділильної клітини, а також до частини внутрішнього матеріалу, який дублюється. Після цього утворюється «перегородка» у певному місці клітини, що називається «діленням місця».

Перегородка складається з "центральної" інвагінації цитоплазматичної мембрани, яка передує синтезу нової клітинної стінки та поділу двох дочірніх клітин.

- "Незвичайне" безстатеве відтворення

Процес безстатевого розмноження не однаковий у всіх груп бактерій. Як згадувалося на початку, для деяких видів характерне бутонізація, інші - множинним поділом, утворенням внутрішньоклітинного потомства тощо.

Утворення множинного внутрішньоклітинного потомства

Багато походження бактерій, що належать до групи грампозитивних бактерій з низьким вмістом GC (Firmicutes), розмножуються безстатевим шляхом шляхом процесу, який передбачає, що множинні ендоспори (також сплячі) або великі кількість активних нащадків.

Для багатьох ліній утворення цього "множинного внутрішньоклітинного потомства" є основним засобом розмноження, так що бінарне ділення може відбуватися рідко або зовсім не виникати.

Утворення

Бутонізація бактерій спостерігається у ціанобактерій, твердих тіл та планктоміцетів, а також у деяких протеобактерій.

Схематичні зображення цього процесу (мало вивчені та відомі серед бактерій) ілюструють, як бактерії, які розмножуються безстатево таким чином, проливають "фракцію" або "жовток" свого клітинного тіла, фракцію, що значно менша за клітину "матері". що їх походить, і який, ймовірно, не містить усіх цитозольних компонентів останнього.

Продукція беоцитів у деяких ціанобактеріях

Деякі ціанобактерії, такі як рід Stanieria, ніколи не розмножуються бінарним поділом; натомість вони діляться процесом, який починається з невеликої клітини, відомої як беоцит.

Беоцит прогресивно збільшується в розмірах, і, як це робиться, хромосомна ДНК повторюється багато разів поспіль. Коли беоцит переходить у фазу цитоплазматичного поділу, він виробляє велику кількість нових крихітних беоцитів, які вивільняються, порушуючи зовнішнє покриття «материнського» беоцита.

Цей процес відомий і в інших видів як фрагментація.

"Статеве" розмноження бактерій

Статеве розмноження, як ми це знаємо, складається із злиття двох спеціалізованих статевих клітин, які називаються "гамети", за допомогою яких дві особи обмінюються генетичною інформацією та виробляють потомство з генами, що є результатом поєднання обох.

Хоча гамети і спеціалізовані статеві клітини не виробляються бактеріями, іноді дві різні клітини обмінюються генетичним матеріалом між собою, що може відбуватися через три різні процеси:

- Перетворення

- Трандукція

- Кон'югація

Хоча це не передбачає вироблення нових клітин або різних клітин, трансформація - це подія, завдяки якій бактерія може придбати фрагменти ДНК з іншої бактерії, яка випустила їх у навколишнє середовище, в якому вони живуть, або яка загинула та розпалася.

З іншого боку, трансдукція пов'язана з комбінацією бактеріальної ДНК (від різних бактерій) завдяки участі фагів, які є вірусами, що атакують бактерії.

Нарешті, кон'югація, яка не характеризується продукуванням нових особин, стосується прямого перенесення генетичного матеріалу з однієї клітини в іншу через спеціалізовану структуру, відому як "сексуальні пілі".

Кон'югація бактерій (Джерело: похідна робота: Franciscosp2 (бесіда) Bacterial_Conjugation_en.png: Майк Джонс через Wikimedia Commons)

Цей останній процес вимагає фізичного контакту між двома клітинами, і, згідно з дослідженнями, проведеними в модельному організмі E. coli, є "чоловічі" клітини-донори та "жіночі" рецепторні клітини.

Як правило, пожертвування та отримання - це молекули ДНК плазмідної речовини, які містять корисну генетичну інформацію.

Список літератури

1. Angert, ER (2005). Альтернативи бінарному поділу в бактеріях. Мікробіологія природи, 3 (3), 214.
2. Гельмстеттер, CE (1969). Послідовність розмноження бактерій. Щорічний огляд мікробіології, 23 (1), 223-238.
3. Lutkenhaus, J., & Addinall, SG (1997). Поділ клітин бактерій і Z-кільце. Щорічний огляд біохімії, 66 (1), 93-116.
4. Прескотт, Х., Харлі, JP Klein 2002. Мікробіологія.
5. Scheffers, DJ (2001). Розмноження та ріст бактерій. eLS.
6. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011). Біологія (9 вип.) Брукс / Коул, Cengage Learning: США.