Бактериальные организмы уже давно освоили все известные среды обитания. Они находятся в воздухе, в воде, живут в других организмах. Но больше всего их в верхних слоях почвы. Количество этих организмов зависит не только от особенностей строения. Оно многократно увеличивается благодаря большой способности к воспроизведению. Каким способом размножаются бактерии, кратко будет изложено в статье.

Кто такие бактерии?

Эти организмы представляют собой одноклеточные, реже колониальные организмы. Устроены они достаточно примитивно. Поверхностный аппарат представлен мембраной и слизистой капсулой, а цитоплазма лишена митохондрий и пластид. Многие клетки имеют жгутик, с помощью которого бактерия может передвигаться.

Генетический материал

Бактерии являются прокариотами. Это означает, что их клетки лишены ядра. Но генетический материал в них все-таки присутствует. Скопления молекул ДНК находятся в определенной части цитоплазмы и называются нуклеоид. Другими словами можно сказать, что прокариоты имеют ядро без оболочки. Поэтому сложные биохимические процессы они не могут осуществлять. Однако это никак не сказывается на их способности к размножению.

Каким способом размножаются бактерии?

Бактерии размножаются делением клетки. Это основной и самый быстрый способ. Из одной материнской клетки через полчаса образуется две дочерние. А еще через такой же промежуток времени из двух дочерних снова образуются новые клетки. Это объясняет большое количество бактерий в природе.

При неблагоприятных условиях бактерии способны образовывать споры – клетки бесполого размножения. Изредка бактериальные клетки почкуются – образуют небольшие выпячивания, которые растут, превращаются во взрослых особей и отщепляются от материнской.

Каким способом размножаются бактерии, можно также рассмотреть на примере конъюгации. Это форма полового процесса. Заключается она в обмене наследственной информацией между клетками. Перед началом происходит удвоение кольцевой молекулы ДНК. Далее между клетками образуется цитоплазматический мостик, по которому наследственная информация одной клетки передвигается в другую. Там происходит обмен участками ДНК. В результате организм приобретает новые признаки, которые чаще всего являются для него полезными. Например, бактерии приобретают устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, вирусов или антибиотиков.

Клубеньковые бактерии живут и размножаются на корнях бобовых и злаковых растений. Внедряясь в корневую систему через пораженные участки или корневые волоски, они разрастаются и образуют выпячивания – клубеньки. Внутри них создается благоприятная среда для обмена веществ. Корень отдает бактериям органические вещества, а бактерии – азот, который так необходим для роста и развития растений.

Деление клетки надвое

Каким способом размножаются бактерии, зависит от их вида и среды обитания. Но надвое способны делиться все бактериальные организмы. Происходит этот процесс в несколько этапов и называется бинарным делением.

Перед началом деления кольцевая молекула ДНК удваивается. Другими словами, происходит репликация. Нуклеотид делится, дочерние ДНК расходятся. Врастая в цитоплазму, мембрана клетки располагается между молекулами ДНК. Именно она и делит клетку и ее содержимое пополам.

В сутки из одной клетки на свет появляется 72 бактериальных поколения. Если бы все эти бактерии оставались жизнеспособными, их биомасса составила бы около 5 т. В природе, естественно, этого не происходит и большинство бактерий погибает.

Вегетативное размножение

Строение также определяет то, каким способом размножаются бактерии.

Колониальные виды и цианобактерии (синезеленые водоросли) способны к вегетативному размножению. Таким способом чаще всего размножаются растения. Он заключается в отделении от целого организма его многоклеточной части.

Нитчатые виды цианобактерий образуют специализированные клетки, которые называются гетероцистами. Вегетативное размножение заключается в разрыве нитей, граница которых проходит в местах расположения гетероцист.

Шаровидные бактерии кокки могут соединяться в цепочки, грозди или другие образования. Отрываясь друг от друга, они также размножаются.

Спорообразование

Бактерии размножаются спорами, которые образуются при наступлении неблагоприятных условий. Спорообразование – это не только способ размножения. Внутри споры создается особая среда, уменьшается содержание воды, приостанавливаются процессы жизнедеятельности. В таком состоянии спорам не страшны ни высокие температуры, ни ионизирующее излучение, ни воздействие химических веществ. Когда благоприятные условия наступают вновь, из спор выходят молодые бактериальные организмы. Таким образом, образование спор является дополнительной возможностью сохранить жизнеспособность клеток в непригодных для жизни условиях. Известны случаи, когда споры бактерий оставались жизнеспособны десятки и даже сотни лет.

Инцистирование

Еще одним способом защиты от неблагоприятных условий и способом размножения служит образование цист. Они представляют собой пузырьки с толстыми оболочками. В состоянии цисты бактерии могут находиться долгое время. При этом они не погибают от температур более 200 градусов. С наступлением обычных условий бактерия выходит из оболочки и начинает обычное бинарное деление.

Каким способом размножаются бактерии, это скорее решают условия окружающей среды.
гда не хватает питательных веществ и влаги, наблюдается избыточное содержание кислорода, воздух имеет слишком высокую или низкую температуру, бактерии используют процессы инцистирования или спорообразования. В комфортных условиях они делятся или размножаются вегетативно. Именно такое разнообразие способов размножения, к которым способны бактерии, обусловливает их количество в природе. Если бы процесс деления одной клетки бактерии не прекращался в течение 10 дней, они могли бы покрыть всю поверхность земного шара.

Источник: fb.ru

Бесполое размножение

Процесс размножения может быть половым (с участием двух родительских организмов) или бесполым. К бесполым способам размножения относятся:

1. Прямое или бинарное деление (амитоз). Из одной клетки образуются две или несколько новых, совершенно идентичных исходной. Этот путь оптимален для бактерий.
2. Митоз. Основной путь деления клеток организма, содержащих ядро, но не относящихся к половым. Митоз – важнейший инструмент для роста и восстановления тканей и органов.
3. Образование спор. Бактерии образуют споры (капсулы), способные выдерживать крайне неблагоприятные условия и переноситься на значительные расстояния. Строго говоря, образование спор нельзя назвать способом размножения, т. к. количество клеток при этом не увеличивается, скорее это способ сохранения и переноса.
4. Вегетативное размножение подразумевает отделение от основного организма части клеток. Из небольшого фрагмента затем развивается взрослая особь. Вегетативно размножаются губки, кишечнополостные и некоторые растения.


5. Почкование. В этом случае из материнской клетки «выпячивается» небольшой фрагмент, который затем отделяется от основного организма. При почковании дочерняя клетка намного меньше по размерам, чем материнская, поэтому для последующего размножения потребуется время на рост и формирование необходимых структур клетки. Почкование – один из видов вегетативного размножения.
6. Фрагментация. Есть уникальные существа, способные вырастить полноценный организм из отдельной части тела. Например, плоские, кольчатые черви или иглокожие, будучи разделены на несколько фрагментов, не погибают, а образуют несколько новых организмов.

Эволюция процесса размножения двигалась от бесполой формы к половой. При бесполом размножении в процесс вовлечены все клетки, при половом, соответственно, только половые. Каждый из путей имеет свои преимущества. Для бесполого размножения характерен высокий темп и частая смена поколений. При половом пути упор делается на выживаемость потомства, а темпы прироста значительно уменьшаются.

Наследственность бактерий

Бактерии – одноклеточные безъядерные организмы (прокариоты). Просто так взять и разделиться на две половинки живой организм, тем более состоящий из одной клетки, не может. Нужна соответствующая подготовительная работа. Перед удвоением микроорганизма путем деления происходит:

• увеличение цитоплазмы (внутренняя полужидкая среда клетки);
• удвоение хромосомы, в случае с прокариотами (клетками без ядер) удваивается замкнутая в кольцо макромолекула ДНК (нуклеоид);

То есть каждая дочерняя клетка получает точную копию материнской ДНК.

Но для микроорганизмов это не единственный способ обмена и передачи генетического материала. Информация может предаваться даже между неделящимися клетками. Это происходит без слияния клеток или увеличения их количества. Такой процесс можно только условно называть половым размножением, так как передается часть генома, в отличие от полного набора генной информации, получаемой потомком от родителей.

1. Бактериальная ДНК может попадать в клетку тремя способами:
2. Из окружающей среды бактерия захватывает отдельно существующую молекулу ДНК, оставшуюся от разрушения других микроорганизмов. Такой процесс называется трансформацией. Очень удобно использовать трансформацию в исследовательских целях, «подбрасывая» микробам нужный ученым набор генов.
3. Существуют особые структуры, неспособные жить вне клетки – вирусы. Те из них, кто своим «домом» выбирает бактерии, называются бактериофагами. Процесс переноса ДНК между клетками с помощью бактериофагов называется трансдукцией.

Третий вариант напоминает оплодотворение и называется конъюгацией. Микроорганизмы соединяются между собой временными «трубочками», и ДНК из одной клетки переходит в другую.

Новая бактериальная ДНК содержит информацию от двух «родителей». Это означает, что измененная клетка будет иметь ряд признаков, присущих только ей и отличных от родительских. Кстати, без изменения клеточной информации не был бы возможен процесс эволюции.

Немного химии и геометрии

Бактерии разделяются на грамположительные и грамотрицательные. Это условное разделение по реакции микроорганизмов на анилиновые красители предложил датский врач Грам. Одни клетки сохраняют окраску даже после промывки спиртосодержащей жидкостью, с других краска легко смывается. Этот метод облегчает обнаружение и идентификацию микроорганизмов при исследовании под микроскопом.

Такое поведение клеток обусловлено, в том числе, различиями в структуре клеточной стенки. Оболочка грамотрицательных бактерий тоньше, чем у грамположительных. В процессе деления грамположительные и грамотрицательные бактерии ведут себя по-разному:

1. Грамотрицательные делятся путем создания перетяжки. Клетка в конечной точке деления становится похожей на гантель.
2. Грамположительные отращивают поперечную перегородку от оболочки к центру клетки.

Клетки, имеющие форму цилиндра, делятся поперек длинной стороны. Шаровидные бактерии образуют перегородки в любых направлениях. Деление идет обязательно симметрично, то есть исходная клетка образует две (как минимум) совершенно одинаковые дочерние клетки. Если условия благоприятствуют, бактерии не отрываются друг от друга, а создают определенные структуры:

• при разделении в одной плоскости образуются цепочки последовательно соединенных клеток;
• если плоскостей деления было несколько, конечный результат может выглядеть цепочкой, гроздью, пакетом бактерий.

Источник: probakterii.ru

При наличии благоприятных условий бактериальная клетка размножается. Основной способ размножения бактерий – простое деление клетки пополам (бинарное деление). В начале деления клетка удлиняется, затем делится нуклеоид.
клеоид представлен суперспирализованной и плотно уложенной молекулой самореплицирующейся ДНК – репликон. Плазмиды также являются репликонами. Репликация ДНК осуществляется при участии ферментов ДНК-полимераз. Процесс начинается в определенной точке ДНК и происходит одновременно в двух противоположных направлениях. Заканчивается репликация также в определенном месте ДНК. В результате репликации количество ДНК в клетке удваивается. Вновь синтезированные молекулы ДНК, состоящие из одной материнской и одной вновь синтезированной цепи, постепенно расходятся в образующиеся дочерние клетки. Считают, что репликация ДНК занимает почти 80% всего времени, затрачиваемого бактериальной клеткой на деление. После завершения репликации ДНК начинается процесс деления клетки. Вначале синтезируется двуслойная цитоплазматическая мембрана, затем между слоями мембраны синтезируется пептидогликан. Заканчивается процесс формированием перегородки.

Во время репликации ДНК и образования делящейся перегородки клетка микроорганизма непрерывно растет. В этот период в клетке активно протекают следующие процессы: синтез пептидогликана клеточной стенки и составляющих цитоплазматической мембраны, образование новых рибосом и других органелл. На последней стадии деления дочерние клетки отделяются друг от друга, однако у некоторых видов бактерий процесс идет не до конца, в результате образуются цепочки клеток (стрептококки, тетракокки и др.). При делении палочковидных бактерий клетки вначале растут в длину. Когда бактерии становятся вдвое длиннее, палочка несколько сужается посередине, а затем распадается на две клетки.

Для некоторых бактерий характерен другой способ размножения – почкование, представляющий собой разновидность бинарного деления. Почкованием размножаются бактерии родов Hyphomicrobium,Pedomicrobium и другие, объединенные в группу почкующихся бактерий. Эти организмы имеют вид вытянутых палочек, иногда грушевидных, оканчивающихся гифами. Размножение у этих бактерий начинается с образования почки на конце гифы или непосредственно на материнской клетке. Почка разрастается в дочернюю клетку, формирует жгутик и отделяется от материнской клетки. По достижении зрелого состояния жгутик теряется, и процесс развития повторяется. Иногда у бактерий наблюдается половой процесс – конъюгация.

В результате роста и размножения из одной клетки микроорганизма образуется колония его потомков. Микроорганизмы отличаются высоким темпом размножения, оцениваемым по времени генерации, т.е. времени, в течение которого происходит деление клетки: за 24 часа иногда сменяется столько поколений, сколько у человека за пять тысяч лет. Скорость размножения зависит от ряда условий и для каждого вида бактерий может быть весьма различной. При наличии в среде необходимых питательных веществ, благоприятной температуре, оптимальной реакции среды деление каждой клетки, например у E. coli, может повторяться через каждые 20-30 мин. При такой скорости размножения из одной клетки за сутки может получиться 472•10¹⁹клеток (72 генерации). Если принять, что 1 млрд. бактериальных клеток весит 1 мг, то 472•10¹⁹клеток будут весить 4720 т. такая масса живого вещества могла бы получиться при наличии идеальных условий, исключающих гибель клеток.

Высокая интенсивность размножения обеспечивает сохранение микроорганизмов на земной поверхности: при наступлении неблагоприятных условий они погибают массами, но достаточно сохраниться где-нибудь нескольким клеткам, как при оптимальных условиях они вновь дадут огромное количество организмов.

Источник: StudFiles.net