Як розмножуються бактерії при сприятливих і несприятливих умовах?

Найдрібніші організми на нашій планеті - прокариотические клітини бактерій. Напевно, їх розміри - це і є одна з причин, по якій вони здатні до колосального збільшення чисельності. Підраховано, що в нормі розмноження бактерій відбувається кожні 20-30 хвилин. Природно, що кількість формуються клітин просто неймовірно! За добу в перекладі на масу потомство від однієї особини складе близько 5 тонн.

Однак у силу різних факторів, що лімітують такого приросту не відбувається. Чим же зумовлене таке стрімке розмноження цих організмів? Спробуємо розібратися в цьому питанні.

Способи розмноження бактерій

Таких декілька. Основний фактор, який визначає той або інший варіант процесу розмноження - це зовнішні умови. Як розмножуються бактерії при сприятливих умовах? Способів два:

• вегетативно (безстатеве) ;
• брунькуванням.

Це більш швидкі, прості і еволюційно древні методи. Однак при таких способах не відбувається обмін генетичною інформацією, тому дочірні особини є точною материнської копією.

А от як розмножуються бактерії, якщо параметри зовнішньої сфери несприятливі? Тоді настає особливий процес, що має таку ж основу, як статеве розмноження багатоклітинних - обмін генетичною інформацією завдяки рекомбінації ділянок молекул ДНК сусідніх нуклеоидов в клітинах.

Розглянемо кожен з цих варіантів більш докладно і з`ясуємо особливості штучного вирощування популяцій мікроорганізмів.

Безстатеве розмноження і його особливості

Кожна бактеріальна клітина здійснює всі життєво важливі процеси:

• дишіт;
• пітается;
• передвігается;
• поглинає і витрачає енергію;
• растет;
• розвивається.

Підсумком всього життя стає процес безстатевого розмноження, в результаті якого материнська клітина дає початок новим особинам і поступово відмирає.

Опис процесу

Те, як розмножуються бактерії вегетативно, можна коротко описати в кількох пунктах.

1. Бактерія досягає певного розміру і запасу поживних речовин. В результаті вона готова до початку процесу.
2. Потім клітка починає поздовжньо витягуватися, тобто подовжуватися.
3. При цьому посередині формується поперечна перегородка (перетяжка), яка починає сходитися до центру клітини, здавлюючи її.
4. Усередині при цьому відбувається процес реплікації молекули ДНК, тобто поділ нуклеоида.
5. Генетичний матеріал обома кінцями молекули кріпиться до стінок бактеріальної клітини.
6. Основна і реплицироваться ДНК розходяться по різних полюсів.
7. Перетяжка змикається і відбувається поділ клітини навпіл. Так формуються дві дочірні особини.
8. Відсутні структури (джгутики, слизові капсули і так далі) добудовуються у кожного представника окремо.
9. Першим ділиться нуклеоид клітини, а після нього відбувається цитокинез.

Очевидно, що зростання і розмноження бактерій по такому типу - дуже простий і швидко відбувається процес, що не вимагає підготовки і якихось специфічних особливостей.

Однак у деяких видів (наприклад, у сінної палочковидной бактерії) на цьому процес не закінчується. Дві дочірні клітини утворюють між собою місток, по якому ДНК вільно переходить з однієї в іншу. Зустрічаючись між собою, молекули нуклеїнової кислоти обмінюються ділянками, що призводить до виникнення мутацій. Після цього ДНК повертається в свою клітку, тільки вже змінена, з новими вбудованими в ланцюг ділянками. Місток валиться, кожна особина починає самостійне існування.

Типи поділу клітин

Є ще декілька особливостей в тому, як розмножуються бактерії безстатевим шляхом. При здійсненні процесу можливі три варіанти розвитку подій.

1. Цитокинез і ділення нуклеоида відбувається раніше, ніж встигають сформуватися перетяжки, і клітини розходяться двома структурами. Тому в цих випадках відбувається формування диплококів, стрептококів, стафілококів, паличковидних багатоклітинних утворень та інших об`єднаних форм.
2. Нормальне розділення. При цьому відбувається своєчасне і гармонійне вегетативне поділ як самих клітин, так і генетичного матеріалу і цитоплазми. В результаті з однієї материнської виходять дві нормальні дочірні клітини.
3. Що відбувається поділ генетичного матеріалу сильно випереджає поділ самих клітин. У результаті формуються многонуклеоідние форми.

Після того як утворилася будь-яка з перерахованих вище колоній, клітини в багатьох з них також прагнуть до відокремлення один від одного і самостійного існування.

Способи від`єднання клітин один від одного

Особливості розмноження бактерій вегетативним способом передбачають різні варіанти відділення клітин. Всього їх можна назвати три.

1. Клітини ламають цитоплазматический місток між ними і відштовхуються один від одного (розламують поділ). Приклад: палички сибірської виразки.
2. Акуратне розділення за допомогою ковзання однієї особини по поверхні іншої. Приклад: ешерихія.
3. Розтин. Спосіб, при якому одна клітина описує навколо іншої фігуру у формі V. Приклад: дифтерійні бактерії.

   

На цьому особливості безстатевого (вегетативного) розмноження бактеріальних особин закінчуються.

Статеве розмноження: особливості

Як відбувається розмноження бактерій статевим способом, було встановлено лише в 1946 році. До цього був відомий тільки вже розглянутий нами варіант. Вважалося, що відповідь на питання про те, як розмножуються справжні бактерії, однозначний: тільки безстатевим шляхом ділення клітини надвоє.

Однак експерименти над штамами ешеріхії колі показали, що її клітини здатні до кон`югації. Так називається особливий процес обміну генетичним матеріалом. А це вже пряма ознака саме статевого розмноження.

Як таких жіночих і чоловічих клітин серед бактерій немає. Проте завжди є та, що містить початкову ДНК (чоловіча) і та, що буде її приймати у себе (жіноча). Весь процес відбувається таким чином.

1. Дві клітини зближуються між собою і встановлюють контакт.
2. Місце контакту називається пили, і воно є порожнистої фіброзної трубочкою. Виробляється "чоловічий" кліткою.
3. Потім по освіченій каналу починає відбуватися передача ДНК батька в материнську клітину.
4. Тут генетичний матеріал рекомбинируют, тобто обмінюється ділянками. Кожна молекула добудовує собі відсутню ланцюжок.
5. Процес дуже повільний, тому за час його проходження "чоловіча" клітина здатна кілька разів реплицировать свою ДНК.
6. У результаті формуються особини нові, що мають рекомбінантний генетичний матеріал з ознаками і чоловічий, і жіночої клітини. А також залишаються кілька початкових батьківських клітин.

Зростання бактеріальних колоній

Для того щоб вивчити, як відбувається ріст і розмноження бактерій, готують спеціальні поживні середовища, які підходять для кожного виду. На них висівають штами і, дотримуючись певних стерильні умови, щоб уникнути конкуренції при підселення інших мікроорганізмів, спостерігають за змінами, що відбуваються і зростанням цілих колоній.

Якщо не обмежувати лімітують факторами цей процес, то приріст популяції йде в логарифмічною прогресії. Відмирання клітин природним шляхом - всього лише в арифметичній.

Спорообразование

Почувши про те, що мікроби здатні формувати особливі структури - суперечки, багато хто думає, що це ще один варіант того, як розмножуються бактерії. Однак це не так.

Спору - це лише тимчасовий стан спокою клітини, в якому вона здатна переживати несприятливі умови середовища. Іноді навіть десятки років. З процесами відтворення потомства це жодним чином не пов`язано.