Как происходит размножение бактерий при благоприятных условиях

Самые мелкие организмы на нашей планете – прокариотические клетки бактерий. Наверное, их размеры – это и есть одна из причин, по которой они способны к колоссальному увеличению численности. Подсчитано, что в норме размножение бактерий происходит каждые 20-30 минут. Естественно, что количество формирующихся клеток просто невероятно! За сутки в переводе на массу потомство от одной особи составит около 5 тонн.

Однако в силу различных лимитирующих факторов такого прироста не происходит. Чем же обусловлено такое стремительное размножение этих организмов? Попробуем разобраться в этом вопросе.

Способы размножения бактерий

Таковых несколько. Основной фактор, который определяет тот или иной вариант процесса размножения – это внешние условия. Как размножаются бактерии при благоприятных условиях? Способов два:

Это более быстрые, простые и эволюционно древние методы. Однако при таких способах не происходит обмен генетической информацией, поэтому дочерние особи являются точной материнской копией.

А вот как размножаются бактерии, если параметры внешней сферы неблагоприятны? Тогда наступает особый процесс, имеющий такую же основу, как половое размножение многоклеточных – обмен генетической информацией благодаря рекомбинации участков молекул ДНК соседних нуклеоидов в клетках.

Рассмотрим каждый из этих вариантов более подробно и выясним особенности искусственного выращивания популяций микроорганизмов.

Бесполое размножение и его особенности

  • дышит;
  • питается;
  • передвигается;
  • поглощает и тратит энергию;
  • растет;
  • развивается.

Итогом всей жизни становится процесс бесполого размножения, в результате которого материнская клетка дает начало новым особям и постепенно отмирает.

Описание процесса

То, как размножаются бактерии вегетативно, можно коротко описать в нескольких пунктах.

  1. Бактерия достигает определенного размера и запаса питательных веществ. В результате она готова к началу процесса.
  2. Затем клетка начинает продольно вытягиваться, то есть удлиняться.
  3. При этом посередине формируется поперечная перегородка (перетяжка), которая начинает сходиться к центру клетки, сдавливая ее.
  4. Внутри при этом происходит процесс репликации молекулы ДНК, то есть деление нуклеоида.
  5. Генетический материал обоими концами молекулы крепится к стенкам бактериальной клетки.
  6. Основная и реплицированная ДНК расходятся по разным полюсам.
  7. Перетяжка смыкается и происходит разделение клетки пополам. Так формируются две дочерние особи.
  8. Недостающие структуры (жгутики, слизевые капсулы и так далее) достраиваются у каждого представителя отдельно.
  9. Первым делится нуклеоид клетки, а после него происходит цитокинез.

Очевидно, что рост и размножение бактерий по такому типу – очень простой и быстро происходящий процесс, не требующий подготовки и каких-то специфических особенностей.

Однако у некоторых видов (например, у сенной палочковидной бактерии) на этом процесс не заканчивается. Две дочерние клетки образуют между собой мостик, по которому ДНК свободно переходит из одной в другую. Встречаясь между собой, молекулы нуклеиновой кислоты обмениваются участками, что приводит к возникновению мутаций. После этого ДНК возвращается в свою клетку, только уже измененная, с новыми встроенными в цепь участками. Мостик рушится, каждая особь начинает самостоятельное существование.

Типы деления клеток

Есть еще несколько особенностей в том, как размножаются бактерии бесполым путем. При совершении процесса возможны три варианта развития событий.

  1. Цитокинез и деление нуклеоида происходит раньше, чем успевают сформироваться перетяжки, и клетки расходятся двумя структурами. Поэтому в этих случаях происходит формирование диплококков, стрептококков, стафилококков, палочковидных многоклеточных образований и прочих объединенных форм.
  2. Нормальное разделение. При этом происходит своевременное и гармоничное вегетативное деление как самих клеток, так и генетического материала и цитоплазмы. В результате из одной материнской получаются две нормальные дочерние клетки.
  3. Происходящее деление генетического материала сильно опережает разделение самих клеток. В результате формируются многонуклеоидные формы.

После того как образовалась любая из вышеперечисленных колоний, клетки во многих из них также стремятся к отделению друг от друга и самостоятельному существованию.

Способы отсоединения клеток друг от друга

Особенности размножения бактерий вегетативным способом предусматривают разные варианты отделения клеток. Всего их можно назвать три.

  1. Клетки ломают цитоплазматический мостик между ними и отталкиваются друг от друга (разламывающее разделение). Пример: палочки сибирской язвы.
  2. Аккуратное разделение при помощи скольжения одной особи по поверхности другой. Пример: эшерихия.
  3. Сечение. Способ, при котором одна клетка описывает вокруг другой фигуру в форме V. Пример: дифтерийные бактерии.

На этом особенности бесполого (вегетативного) размножения бактериальных особей заканчиваются.

Половое размножение: особенности

Как происходит размножение бактерий половым способом, было установлено лишь в 1946 году. До этого был известен только уже рассмотренный нами вариант. Считалось, что ответ на вопрос о том, как размножаются настоящие бактерии, однозначен: только бесполым путем деления клетки надвое.

Читайте также:  Выделения со сладким запахом

Однако эксперименты над штаммами эшерихии коли показали, что ее клетки способны к конъюгации. Так называется особый процесс обмена генетическим материалом. А это уже прямой признак именно полового размножения.

Как таковых женских и мужских клеток среди бактерий нет. Однако всегда есть та, что содержит начальную ДНК (мужская) и та, что будет ее принимать у себя (женская). Весь процесс происходит следующим образом.

  1. Две клетки сближаются между собой и устанавливают контакт.
  2. Место контакта называется пили, и оно является полой фиброзной трубочкой. Вырабатывается "мужской" клеткой.
  3. Затем по образованному каналу начинает происходить передача ДНК отца в материнскую клетку.
  4. Здесь генетический материал рекомбинируется, то есть обменивается участками. Каждая молекула достраивает себе недостающую цепочку.
  5. Процесс очень медленный, поэтому за время его прохождения "мужская" клетка способна несколько раз реплицировать свою ДНК.
  6. В результате формируются особи новые, имеющие рекомбинантный генетический материал с признаками и мужской, и женской клетки. А также остаются несколько начальных отцовских клеток.

Рост бактериальных колоний

Для того чтобы изучить, как происходит рост и размножение бактерий, готовят специальные питательные среды, подходящие для каждого вида. На них высеивают штаммы и, соблюдая определенные стерильные условия, чтобы избежать конкуренции при подселении других микроорганизмов, наблюдают за происходящими изменениями и ростом целых колоний.

Если не ограничивать лимитирующими факторами этот процесс, то прирост популяции идет в логарифмической прогрессии. Отмирание клеток естественным путем – всего лишь в арифметической.

Спорообразование

Услышав о том, что микробы способны формировать особые структуры – споры, многие думают, что это еще один вариант того, как размножаются бактерии. Однако это не так.

Спора – это лишь временное состояние покоя клетки, в котором она способна переживать неблагоприятные условия среды. Иногда даже десятки лет. С процессами воспроизведения потомства это никоим образом не связано.

Бактерии самая древняя форма жизни на земле. Появились на планете около 3,8-3,6 миллионов лет назад. Агрессивные климатические условия сделали их выносливыми и стойкими к выживанию. Древнейшим существом будут цианобактерии.

Именно они поспособствовали накоплению в атмосфере кислорода. Наш организм состоит из многочисленных их видов. Различают полезные и вредные типы. Обитают везде: в воде, в воздухе, в человеке и животных существах, в слоях почвы.

Объем колоний зависит не только от строения, но и от того как происходит деление бактерий. Строение примитивное. Аппарат представляется слизистой капсулой или мембраной. Микроорганизм состоит из всего-то одной живой клетки.

В цитоплазме нет митохондрий и пластид. У большинства микробов есть жгутики и усики, с помощью них они и передвигаются по крови, сосудам и тканям. Являются прокариотами, то есть в них нет ядра.

Это значит, что микрочастицы ДНК скапливаются в определенной части цитоплазмы. Имеют название нуклеотиды. Нуклеотиды своеобразный род ядра, в нем то и содержится информация. ДНК хранит сведения в сжатом виде. При ее разворачивании длина достигает 1 мм.

Размножение бактерий происходит путем деления.

Следует знать, что бактерии размножаются только при наличии благоприятных факторов, каких рассмотрим ниже.

Условия для развития

Для их роста нужны:

  1. свет;
  2. температура;
  3. наличие кислорода;
  4. влажность;
  5. фактор щелочности и кислотности;

У медиков интерес вызывает температурные условия. Для того, чтобы клетки делились требуется определенная температура. Некоторые классы при очень низкой впадают в состояние анабиоза или спячки, другие же только при высокой не могут продолжить свой рост и разрушаются.

Если одних можно убить кипячением воды, другие прекрасно себя чувствуют, также и с замораживанием. Среди этого предела есть средние условия при которых может осуществляться максимальное развитие с высокой скоростью. Нужная температурная фаза от 23 до 30 градусов, для течения патогенной флоры требуется 38 градусов.

В этой среде плодятся бактериальные простейшие. В идеальных условия прокариоты способны производить 34 триллиона потомков за сутки. Состояние взросления происходит где-то за 20 минут. К счастью живут они не долго, несколько минут или часов.

Что нужно для некоторых микроорганизмов?

Так, например сапрофиты поедают целостные остатки умерших существ. Нуждаются в совсем минимальном количестве хороших макроэлементов. Паразитарные виды требуют усиленного питания. Ауксотрофам надо поступление хим. веществ из вне. Клостридии не могут осуществлять синтез лецитина и тирозина.

Стафилококковая группа нуждается в аргинине и лецитине. Стрептококки в фосфолипидах. Шигеллам, корине бактериям нужна подпитка никотиновая кислота. Золотистый стафилококк, пневмококк, бруцеллез не сможет без витамина Б1, а вот прототрофы сами синтезируют необходимое.

Пути созревания

Как говорилось ранее развитие простейших осуществляется путем деления.

Оно бывает:

  • простым;
  • почкованием;
  • конъюгацией, половым путем;
Читайте также:  Мирамистин при месячных

Простой путь

При первом методе бактерии могут плодиться равновеликим поперечным делением. Материнские клетки после удваивания нитей ДНК и органелл образуют две части, а именно дочерние клетки. Генетический код сформирован аналогично материнскому.

Они как бы клонируют сами себя. В течение суток из одной клеточки выходит 70 поколений. Если предположить, что все они могли жить, масса составила более 5 тонн. Конечно такое невозможно в природе.

Вегетативный этап

Или проще почкование обозначается тем, что существа выращивают на одном из полюсов вторую почку, то есть себя. При ответвлении наступает разрыв нитей ДНК. Именно гетероцисты участвуют в процессе. К такому методу прибегают цианобактерии и колониальные породы.

Таким образом прокариоты могут вырастить до 4 почек, после чего наступает старение и гибель. Кокковые колонии отделяясь свободно идут в рост.

Спорообразование

Есть раздвоение спорами.

Бациллы репродуцируют себя таким образом при наступлении неблагоприятных условий внешней и внутренней среды. Внутри споры делается особа среда, приостанавливается механизм жизни, уменьшается уровень воды. Если бацилла попала в такое состояние ей не страшен холод, жара, излучения разной этиологии, химические средства.

Как только улучшаются факторы выходят молодые прокариоты. Цикл становится очень длительным. Науке даже известны случаи когда ученые находили простейших, которым десятки, а то и сотни лет.

Половой путь

Конъюгация происходит у бактерий живущих преимущественно в человеческом организме, либо теле животного. Здесь две формы соприкасаются друг с другом и начинается обмен данными. Называется генетическая рекомбинация, образование новых видов.

Половым способом размножаются бактерии кишечной палочки и остальные грамположительные и грамотрицательные типы. Если отсутствует истинное направление то такой обмен между ними является полезным и мочь поспособствовать развитию устойчивости к антибиотикам и другим лекарственным препаратам.

Инциститация

Еще один путь защиты от агрессивных обстоятельств преобразование в цист. Цисты обозначают пузырьки в толстой оболочке. Находится в таком положении бациллы могут очень долго. Даже 200 градусов по Цельсию не уничтожит их. Далее при положительных причинах они выходят наружу делясь бинарно.

Так, что приемы приумножения возбудителей подчиняются внешней среде. Недостаток воды, большое содержание кислорода в воздухе, лишение высокопитательных микроэлементов. Низкие или высокие перепады температур заставляют прибегнуть к спорообразованию, инцистированию.

Не прекращение умножения в течение 10 суток привело бы к полному заселению земного шара паразитами.

Степень бактериальной популяции

Живя в благоприятных условиях клетки находятся на исходной стадии, начальной. Средняя продолжительность 1-2 часа. Задержание роста, занимает примерно пару часов. При логарифмическом периоде бациллы могут размножаться в быстром порядке, пик достигается через 6 часов.

Отрицательное ускорение, когда истощаются питательные запасы микроэлементов и веществ. Стационарная ступень, погибшие особи заменяются новыми уже через два часа. Этап ускоренной гибели, бациллы гибнут через каждые 3 часа. Логарифмический фазис, отмечается постоянная смерть, составляет 6 часов.

Снижение скорости смерти, на этом моменте оставшиеся живые клеточки переходят в состояние покоя.

Многоклеточная стадия

Одноклеточная фаза способна делать все функции организма, на это не влияют соседствующие рядом микроорганизмы. Одноклеточные образовывают клеточные агрегаты, они скрепляются слизью.

Часто появляется скопление бацилл в одну ветвь. Так микобактерии развивают цисты, получается своеобразный обмен. Явление служит пред посылом к многоклеточному формированию. К ним относятся цианобактерии, актиномицеты.

Каким требованиям должны отвечать особи:

  1. агрегированностью клеток;
  2. разделением свойств между ними;
  3. установка должного контакта между особями;

У нитчатых особей структура описана в клеточной стенке, создает взаимосвязь между индивидуумами. Обмен у бактерий происходит веществами и энергией. Некоторые нитчатые помимо вегетативных особей содержат дифференциальные гетероцисты или акинеты.

Локализация

В зависимости от разбивки бациллы имеют определенные виды скоплений:

Первые обнаруживаются в паре или по одному, это диплококки, микрококки, стафилококки. Могут выглядеть как веточки винограда, цепочки. Спиралевидные, разбросаны в хаотичном порядке, к ним причисляются лептоспирозы, вибрио.

Бактериям, как и любым другим живым организмам, для размножения нужны подходящие условия. Какие-то из микроорганизмов предпочитают низкие температуры, кто-то не станет расти и развиваться, если столбик термометра не поднялся выше отметки в 20°C. Благоприятных факторов несколько, и все они должны совпасть. Только в таких (называемых оптимальными) условиях бактерии могут быстро размножаться.

Что происходит с микроорганизмами при идеальных и неблагоприятных условиях

При благоприятных факторах бактериям хватает жизненного пространства, питание имеется в нужном объеме, а это влечет за собой рост микроорганизмов, они быстро обретают способность размножаться. В пищу прокариоты употребляют уже готовые органические вещества. Только некоторые виды способны организовать свое питание самостоятельно, синтезируя органические соединения из неорганических.

Бактерии могут найти питательную среду на уже погибшем организме (сапротрофы) или паразитировать в теле живого хозяина. Питание за счет других может проходить и по более благоприятной схеме. В этом случае бактерии, забирая питательные вещества владельца, отдают ему взамен другие. Таким путем происходит взаимодействие, например, у нитрифицирующих простейших и растений. Болезнетворные бактерии все, по сути, паразиты, а вызывающие брожение и гниение – сапротрофы.

Читайте также:  Мазня в пременопаузе

По мере роста начинается активный процесс размножения. Бактерии могут увеличивать численность колонии путем деления клетки. Некоторых простейших принято называть настоящими, только они умеют ради защиты и возможности дальнейшего размножения образовывать споры, как и грибы. Процесс деления происходит достаточно бурно. Подсчитано, что в благоприятных условиях клетки могут образовывать новые с огромной скоростью: через каждые полчаса или 20 минут одна бактерия превращается в две.

Масштаб процесса легко представить с помощью задачи: «Бактерии размножаются делением надвое со скоростью 1 раз в минуту. Если заполнить сосуд питательным раствором и поместить туда одну клетку, то за час сосуд будет полон микроорганизмов. А сколько времени потребуется, чтобы сосуд наполнился на ½?». Ответ – 59 минут. То есть всего за 60 секунд объем бактерий увеличится вдвое, и если в масштабах одной клетки это сложно оценить, то на примере сосуда скорость размножения бактерий принимает угрожающие масштабы. А каждый новый организм достаточно быстро тоже начинает воспроизводить себе подобные формы жизни.

Если бы такой сценарий имел место, то уже через несколько суток на земле не осталось ничего, кроме массы бактерий. Этого не случается, потому что ряд оптимальных условий стремительно переходит в разряд неблагоприятных факторов:

  • Деление порождает все новых и новых бактерий, питание, так необходимое для развития, постепенно заканчивается.
  • В процессе жизнедеятельности клетки выделяют в окружающую среду продукты отходов. Происходит загрязнение, которое естественным путем тормозит развитие и размножение.

В результате настоящие бактерии уже не могут увеличивать популяцию с прежней скоростью, а через некоторое время клетки начинают умирать быстрее, чем воспроизводиться.

Спорообразование – уникальная возможность сохранения вида

Бактерии не размножаются спорами, они таким образом обеспечивают собственную безопасность. Когда цитоплазма клетки сжимается и отходит от оболочки, то постепенно на ее поверхности формируется новое образование с более плотной оболочкой. Это процесс образования спор, который запускается, если условия среды изменились в худшую сторону.

Как только повышается или понижается температура, возрастает или уменьшается влажность, заканчивается питание, бактерии начинают таким образом защищаться. Оболочка спор надежно защищает генетический материал микроорганизмов. Они могут находиться в этом состоянии долгое время. Жара, мороз, кипяток – для спор некоторых простейших такие экстремальные испытания не страшны. Их переносит ветер, они хорошо сохраняются в воде, воздухе и почве, такой способ защиты предусматривает безопасное существование клетки почти при любом форс-мажоре. А когда условия становятся оптимальными – спора прорастает, и бактерия становится жизнеспособной.

Те прокариоты, которые могут сохранять себя путем спорообразования, называются бациллы. Какие бы болезни они ни вызывали, каждая из них представляет серьезную опасность для организма человека.

Коклюш, столбняк, ботулизм, чума и сибирская язва наравне с бациллой Коха, синегнойной и кишечной палочкой представляют далеко не полный список реальных угроз здоровью.

За счет того, что потенциальные паразиты защищены спорами, уничтожить их крайне затруднительно. Эти и другие болезнетворные бактерии размножаются как внутри тела человека и животных, так и в окружающей среде: почве, воде, органических отбросах, на грязных поверхностях, посуде и других предметах.

Грибы: особенности размножения

С помощью спор могут размножаться грибы. Их плодовое тело имеет особый спороносный слой, где количество мелких семян иногда доходит до нескольких миллиардов. Споры бывают различного цвета и формы, но все они способны оставаться жизнеспособными не один десяток лет. Грибы не только размножаются, но и расселяются за счет спор. Их, как и в случае с бактериями, могут переносить животные, потоки воды, ветер.

Как только спора окажется в благоприятных условиях, из нее прорастает мицелий. А из него появятся новые грибы, и процесс повторится. Способ размножения с помощью спор получил название бесполого. Это не единственный вариант, с помощью которого грибы могут распространяться.

Вегетативный и репродуктивный способы размножения встречаются часто. Во втором случае тоже не обходится без участия спор. А вот дрожжевые грибы размножаются почкованием. Сначала появляется небольшой вырост, который затем увеличивается в размерах. Отделившись от материнской клетки, он начинает почковаться.

Болезнетворные и иные бактерии до сих пор еще не стали единственными обитателями нашей планеты только потому, что идеальные условия для их размножения не сохраняются достаточно долго. Клетки микроскопических организмов гибнут от солнечного света, высушивания, отсутствия питания. Человек подвергает продукты тепловой обработке, регулярно пользуется антибактериальными препаратами и дезинфицирующими средствами. Прокариоты в свою очередь пытаются решить вопрос количеством или вырабатывают защиту в виде спор. Пока эта борьба за существование ведется с ничейным счетом.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

Adblock detector