แบคทีเรียแพร่พันธุ์ได้อย่างไร? การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศและแบบอาศัยเพศ - ชีววิทยา - 2025

แบคทีเรียส่วนใหญ่สืบพันธุ์โดยวิถีทางเพศสัมพันธ์เช่นฟิชชันไบนารีซึ่งเป็นกระบวนการที่เซลล์แบ่งออกเป็นเซลล์ขนาดเล็กสองเซลล์ที่เหมือนกัน อย่างไรก็ตามจุลินทรีย์เหล่านี้ยังแสดงการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศด้วยกระบวนการที่เรียกว่า "conjugation"

เกี่ยวกับการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศการฟิชชันแบบไบนารีมีความโดดเด่น แต่มีรายงานรูปแบบการแบ่งที่ "ผิดปกติ" หรือ "ทางเลือก" ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวกลุ่มนี้เช่นการแตกหน่อการแบ่งตัวหลายตัวและการก่อตัวของลูกหลาน "ภายในเซลล์" เพื่อชื่อไม่กี่

แผนผังของเซลล์ prokaryon (ที่มา: ภาพเวกเตอร์นี้สร้างขึ้นโดย Ali Zifan ผ่าน Wikimedia Commons)

ก่อนที่จะเจาะลึกกลไกการสืบพันธุ์ที่แตกต่างกันในแบคทีเรียคุณควรจดจำข้อมูลสำคัญเพื่อทำความเข้าใจบางแง่มุมของกระบวนการทางชีววิทยาเหล่านี้

ลักษณะทั่วไปของแบคทีเรีย

แบคทีเรียเป็นสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตกล่าวคือสารพันธุกรรมของพวกมันไม่ได้อยู่ในโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ที่เรียกว่า "นิวเคลียส" ซึ่งมีอยู่ในยูคาริโอต

เป็นกลุ่มที่ประสบความสำเร็จอย่างมากและมีความหลากหลายประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเป็นส่วนใหญ่แม้ว่าบางชนิดสามารถสร้างอาณานิคมและเส้นใยได้ พบได้ในระบบนิเวศเกือบทั้งหมดในชีวมณฑลและมีความสำคัญสูงสุดต่อกระบวนการทางชีววิทยาจำนวนมากที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

เซลล์แบคทีเรียเป็นเซลล์ขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกินสองไมครอน) โดยเฉพาะเมื่อเทียบกับเซลล์ยูคาริโอต ไซโทซอลของมัน "ง่าย" กว่าเซลล์ของสัตว์หรือพืชอย่างมากเช่นเนื่องจากไม่มีออร์แกเนลล์ที่เป็นเยื่อหุ้ม

ภายในมีไรโบโซมจำนวนมากแกรนูลจัดเก็บของสารต่าง ๆ โปรตีนประเภทต่างๆโครโมโซมขนาดใหญ่ทรงกลมและซูเปอร์คูลรวมถึงโมเลกุลดีเอ็นเอพิเศษโครโมโซมขนาดเล็กที่เรียกว่า "พลาสมิด"

เสื้อคลุมเซลล์ของแบคทีเรียค่อนข้างเฉพาะเนื่องจากประกอบด้วยโพลีเมอร์เชิงซ้อนที่เรียกว่า "เปปทิโดไกลแคน" ซึ่งประกอบด้วยน้ำตาลอะมิโนที่เชื่อมโยงกับโพลีเปปไทด์ ลักษณะของผนังและเยื่อหุ้มพลาสมาของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ใช้สำหรับการจำแนกประเภท

แบคทีเรียบางชนิดถูกปกคลุมด้วย "แคปซูล" ที่ล้อมรอบผนังเซลล์และมีหน้าที่ป้องกัน แบคทีเรียอื่น ๆ สามารถเคลื่อนที่ได้และมีโครงสร้างพิเศษที่ยื่นออกมาจากพื้นผิวเช่นซิเลียและแฟลกเจลลา

เนื่องจากแบคทีเรียบางชนิดไม่สามารถปลูกในหลอดทดลองในห้องปฏิบัติการได้ข้อมูลที่ชุมชนวิทยาศาสตร์จัดการเกี่ยวกับการเผาผลาญการสืบพันธุ์สัณฐานวิทยาและลักษณะทั่วไปของพวกมันขึ้นอยู่กับข้อมูลที่ได้จากการศึกษาในรูปแบบของสายพันธุ์

การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศของแบคทีเรีย

การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศประกอบด้วยการสร้างโคลนจากบุคคลที่ทำหน้าที่เป็น "แม่" ซึ่งแตกต่างจากการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศกระบวนการนี้ต้องการเพียงเซลล์เดียวที่ทำซ้ำส่วนประกอบภายในและแบ่งออกเป็นเซลล์ลูกสาวสองเซลล์ที่เท่ากัน

- ฟิชชันไบนารี

หรือที่เรียกว่า "bipartition" binary fission เป็นรูปแบบหลักของการสืบพันธุ์ของแบคทีเรียส่วนใหญ่ในธรรมชาติ ในกระบวนการนี้เซลล์ที่แบ่งตัวจะสร้างเซลล์ขนาดเล็กสองเซลล์ที่มีลักษณะทางพันธุกรรมเหมือนกันและเซลล์เริ่มต้นจะ "หายไป"

เซลล์ที่แบ่งตัวจะต้องผ่านกระบวนการ "เตรียมการ" ก่อนหน้านี้ซึ่งจะเพิ่มเนื้อหาภายในเป็นสองเท่า (โครโมโซมโปรตีนไรโบโซม ฯลฯ ) และเพิ่มปริมาณไซโตโซลิกให้ต่ำกว่าสองเท่า

ฟิชชันไบนารี (ที่มา: Binary_fission.svg: วาดโดย w: ผู้ใช้: JWSchmidt (w: ภาพ: Binary fission.png); vectorized โดย w: ผู้ใช้: JTojnarderivative work: Ortisa ผ่าน Wikimedia Commons)

โครโมโซมของแบคทีเรียทั้งสองสำเนาจะถูกหลั่งไปที่ขั้วทั้งสองของเซลล์ที่แบ่งตัวเช่นเดียวกับวัสดุภายในบางส่วนที่ซ้ำกัน หลังจากนี้ "กะบัง" จะก่อตัวขึ้นในตำแหน่งเฉพาะในเซลล์ที่เรียกว่า "ไซต์การแบ่ง"

กะบังประกอบด้วยการรุกรานของเยื่อหุ้มไซโทพลาสซึมซึ่งเกิดขึ้นก่อนการสังเคราะห์ผนังเซลล์ใหม่และการแยกเซลล์ลูกสาวทั้งสองออกจากกัน

- การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ "ผิดปกติ"

กระบวนการสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศไม่เหมือนกันในแบคทีเรียทุกกลุ่ม ดังที่ได้กล่าวไว้ในตอนต้นสิ่งมีชีวิตบางชนิดมีลักษณะแตกต่างกันไปตามการแตกหน่อพันธุ์อื่น ๆ โดยการแบ่งตัวหลายชนิดโดยการก่อตัวของลูกหลานภายในเซลล์เป็นต้น

การก่อตัวของลูกหลานในเซลล์หลายตัว

เชื้อแบคทีเรียหลายสายพันธุ์ที่อยู่ในกลุ่มของแบคทีเรียแกรมบวกที่มีปริมาณ GC ต่ำ (Firmicutes) จะสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศผ่านกระบวนการที่บ่งบอกว่าเอนโดสปอร์หลายตัว (อยู่เฉยๆ) หรือมีขนาดใหญ่ จำนวนลูกหลานที่ใช้งานอยู่

สำหรับเชื้อสายจำนวนมากการก่อตัวของ "ลูกหลานภายในเซลล์หลายตัว" นี้เป็นวิธีการหลักในการสืบพันธุ์ดังนั้นฟิชชันแบบไบนารีอาจเกิดขึ้นไม่บ่อยหรือไม่เกิดขึ้นเลย

Gemmation

การก่อตัวของแบคทีเรียพบได้ในไซยาโนแบคทีเรียเฟิร์มนิคิวท์และแพลนโทไมซีสรวมถึงโปรตีโอแบคทีเรียบางชนิด

การแสดงแผนผังของกระบวนการนี้ (มีการศึกษาและรู้จักกันน้อยในหมู่แบคทีเรีย) แสดงให้เห็นว่าแบคทีเรียที่สืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศด้วยวิธีนี้ทำให้ "เศษ" หรือ "ไข่แดง" ของร่างกายเซลล์ของพวกมันเป็นเศษส่วนที่มีขนาดเล็กกว่าเซลล์ "แม่" มาก ที่มีต้นกำเนิดและอาจไม่มีส่วนประกอบไซโตโซลิกทั้งหมดของหลัง

การผลิตเซลล์เม็ดเลือดขาวในไซยาโนแบคทีเรียบางชนิด

ไซยาโนแบคทีเรียบางชนิดเช่นสกุล Stanieria ไม่เคยแพร่พันธุ์โดยฟิชชันไบนารี แทนที่จะแบ่งโดยกระบวนการที่เริ่มต้นด้วยเซลล์เล็ก ๆ ที่เรียกว่า baeocyte

เซลล์เม็ดเลือดขาวจะมีขนาดเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ และเมื่อเป็นเช่นนั้น DNA ของโครโมโซมจะจำลองแบบหลายครั้งติดต่อกัน เมื่อเซลล์เม็ดเลือดขาวเข้าสู่ขั้นตอนการแบ่งไซโตพลาสซึมมันจะสร้างเซลล์เม็ดเลือดขาวขนาดเล็กจำนวนมากซึ่งจะถูกปลดปล่อยออกมาโดยการทำลายเปลือกนอกของเซลล์ "แม่"

กระบวนการนี้เป็นที่รู้จักกันในสปีชีส์อื่นว่าการแยกส่วน

การสืบพันธุ์ของแบคทีเรีย "ทางเพศ"

การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศดังที่เราทราบประกอบด้วยการหลอมรวมของเซลล์เพศเฉพาะสองชนิดที่เรียกว่า "gametes" ซึ่งบุคคลสองคนแลกเปลี่ยนข้อมูลทางพันธุกรรมและสร้างลูกหลานด้วยยีนที่เกิดจากการรวมกันของทั้งสอง

แม้ว่าเซลล์สืบพันธุ์หรือเซลล์เพศเฉพาะจะไม่มีการผลิตในแบคทีเรีย แต่บางครั้งเซลล์ที่แตกต่างกันสองเซลล์ก็แลกเปลี่ยนสารพันธุกรรมซึ่งกันและกันซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้จากกระบวนการที่แตกต่างกันสามขั้นตอน:

- การเปลี่ยนแปลง

- การถ่ายทอด

- การผันคำกริยา

แม้ว่าจะไม่เกี่ยวข้องกับการผลิตเซลล์ใหม่หรือเซลล์อื่น ๆ แต่การเปลี่ยนแปลงเป็นเหตุการณ์ที่แบคทีเรียสามารถรับชิ้นส่วนดีเอ็นเอจากแบคทีเรียอื่นที่ปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมที่พวกมันอาศัยอยู่หรือตายและสลายตัวไป

ในทางกลับกันการถ่ายทอดจะเกี่ยวข้องกับการรวมกันของดีเอ็นเอของแบคทีเรีย (จากแบคทีเรียที่แตกต่างกัน) เนื่องจากการมีส่วนร่วมของ phages ซึ่งเป็นไวรัสที่โจมตีแบคทีเรีย

ในที่สุดการผันคำกริยาซึ่งไม่ได้มีลักษณะเฉพาะจากการผลิตของบุคคลใหม่เป็นเรื่องของการถ่ายโอนสารพันธุกรรมโดยตรงจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งโดยใช้โครงสร้างเฉพาะที่เรียกว่า "sexual pili"

การผันคำกริยาของแบคทีเรีย (ที่มา: งานอนุพันธ์: Franciscosp2 (พูดคุย) Bacterial_Conjugation_en.png: Mike Jones ผ่าน Wikimedia Commons)

กระบวนการสุดท้ายนี้ต้องการการสัมผัสทางกายภาพระหว่างเซลล์สองเซลล์และจากการศึกษาในสิ่งมีชีวิตแบบจำลอง E. coli พบว่ามีเซลล์ผู้บริจาค“ ตัวผู้” และเซลล์รับ“ เพศหญิง”

โดยทั่วไปสิ่งที่บริจาคและได้รับคือโมเลกุล DNA ของพลาสมิดซึ่งมีข้อมูลทางพันธุกรรมที่เป็นประโยชน์

อ้างอิง

1. Angert, ER (2005). ทางเลือกในการฟิชชันไบนารีในแบคทีเรีย จุลชีววิทยาวิจารณ์ธรรมชาติ, 3 (3), 214.
2. Helmstetter, CE (1969) ลำดับการสืบพันธุ์ของแบคทีเรีย การทบทวนจุลชีววิทยาประจำปี, 23 (1), 223-238.
3. Lutkenhaus, J. , & Addinall, SG (1997). การแบ่งเซลล์ของแบคทีเรียและวงแหวน Z การทบทวนชีวเคมีประจำปี, 66 (1), 93-116.
4. Prescott, H. , & Harley, JP Klein 2002. จุลชีววิทยา.
5. เชฟเฟอร์ดีเจ (2544). การสืบพันธุ์และการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ELS
6. Solomon, EP, Berg, LR, & Martin, DW (2011) ชีววิทยา (9th edn). Brooks / Cole, Cengage Learning: สหรัฐอเมริกา