Каким способом размножаются прокариоты

Биология. 10 класс

*§ 29—1. Понятие размножения. Типы размножения

Понятие размножения

Одним из основных отличительных свойств живой материи является размножение — способность живых организмов воспроизводить себе подобных. Благодаря этому свойству обеспечивается непрерывность жизни на Земле.

Размножение организмов определенного вида предоставляет возможность воспроизведения признаков не только родительских особей, но и вида в целом. А увеличение численности особей в результате размножения способствует расселению вида и расширению его ареала. Следовательно, благодаря размножению обеспечивается непрерывность и преемственность в передаче наследственной информации от родителей к потомству в ряду поколений и поддерживается длительное существование вида.

В основе размножения лежит деление клеток. Как вы уже знаете, наследственная информация в клетках хранится в хромосомах. При размножении организмов передача наследственной информации в дочерние клетки происходит с помощью хромосом, которые перед делением клеток удваиваются. В соматических клетках (клетках тела) хромосомы парные. В каждой паре одна хромосома отцовская, другая — материнская, следовательно, в соматических клетках находится двойной набор хромосом. Соматические клетки содержат наследственную информацию обоих родителей. В половых клетках (гаметах) хромосомы непарные, так как при образовании гамет парные хромосомы расходятся и попадают в разные клетки. Следовательно, гаметы содержат одинарный набор хромосом и несут наследственную информацию только одного из родителей.

Источник

Микробы

Микроорганизмы:

Селекция микроорганизмов

Особенности селекции микроорганизмов. В ряды микроорганизмов входят все прокариоты, и часть эукариот – грибы и водоросл.

Возникновение и развитие микроорганизмов

Формирование планеты Земля происходило около 3,5 миллиардов лет назад, этот этап ее развития назывался догеологическим. .

Популярные статьи

Исследования

Разделы

Вирусы:

Вирусы под микроскопом

Типы бактериофагов

Живая часть вируса

Открытие мелких микроорганизмов

Основы вирусологии:

Вич-инфекция

Возбудителем ВИЧ-инфекции является вирус иммунодефицита человека: ВИЧ — может быть двух типов (1 и 2) (по-английски HI.

Микрофлора почвы

Почва — это смесь частиц органических и неорганических веществ, воды и воздуха. Неорганические частицы почвы — это .

Отбор, направление и подготовка проб для лабораторного исследования

Отбор проб для бактериологического исследования следует производить в стерильные широкогорлые банки, зак — рываемые пе.

Авторизация

Размножение прокариот

Одним из самых важных и обязательных свойств всех живых организмов является способность к размножению. Ведь именно размножение способствует длительному существованию того или иного вида, обеспечивая преемственность между родителями и потомством. Также размножение является самой главной причиной увеличения численности особей определенного вида.

Рассмотрим основные способы размножения прокариот:

Вегетативным или бесполым способом. Это самый распространенный путь размножения таких прокариотических бактерий, как сине-зеленые водоросли. Прокариоты, в отличие от эокариотов, имеют более простую форму размножения.

Размножение путем деления или дробления. При таком виде размножения прокариот, тело их делится на две части, таким образом, происходит удвоение клетки. Каждая разделенная клетка при таком способе размножения представляет собой сформированный и самостоятельный организм. Некоторые виды прокариот, при благоприятных условиях, могут делиться каждые 20 минут.

Размножение с помощью спор.

Почкование. При этом виде размножения клетка, которая отделяется от материнской, намного меньше по размерам. Клетки, которые уже разделились, очень часто остаются вместе, таким образом, образовывая нити и даже сложные структуры.

Конъюгация или половой процесс. Некоторые виды прокариот размножаются именно таким путем. Процесс этот происходит следующим образом: одна клетка передает генетическую информацию другой, но численность особей при этом не увеличивается, просто появляется клетка с такой же генетикой.

Прокариоты растут в геометрической прогрессии, если условия для этого благоприятные. Популяция того или иного вида останавливает свой рост тогда, когда все ресурсы будут захвачены. Затем, из-за того, что они отравляются продуктами своего же обмена, численность их постепенно снижается. Если среда обитания бактерий проточная, скорость их роста будет постоянной и зависеть она будет от количества пищи и от температуры. Поэтому, к примеру, в чистой ключевой воде бактерий нет, так как они в ней просто не успевают размножаться.

Если условия для размножения неблагоприятны, бактерии начинают образовывать споры. В таком виде бактерии становятся очень устойчивыми к высоким температурам, могут вынести даже температуру выше 1000 по Цельсию, они жизнеспособны многие годы. А вот растущие или делящиеся клетки при температуре выше 800 градусов погибают. Есть бактерии, которые называются термофилы, которые обитают исключительно в горячих источниках.

В искусственных условиях бактерии размножаются по 4-м фазам:

• лаг-фаза;
• фаза экспоненциального роста;
• стационарная фаза;
• фаза отмирания.

В различных лабораториях биологи выращивают прокариоты на поверхностях затвердевшей среды, например, готовят специальный мясной отвар с добавлением желатина. Клетка, которая попадает на поверхность такого желе, делится и образовывает целую колонию (проявляется это в виде пятна определенного цвета), все клетки являются производными одной. Такой способ является очень распространенным для получения микробов «чистой линии».

Источник

Размножение прокариот

Генетика прокариот

1. Организация прокариотической клетки. Размножение прокариот.

2. Геномика прокариот.

3. Вирусы. Геномика вирусов. Разнообразие форм и жизненных циклов вирусов. Рекомбинация в разных группах вирусов.

4. Рекомбинация у прокариот: трансформация, конъюгация, трансдукция.

Организация прокариотической клетки. Размножение прокариот

Прокариоты – это организмы, в клетках которых отсутствует оформленное ядро. Функции ядра выполняет нуклеоид (то есть «подобный ядру»); в отличие от ядра, нуклеоид не имеет собственной оболочки.

Одним из представителей эубактерий является кишечная палочка (Escherichia coli). Кишечная палочка составляет значительную часть содержимого толстого кишечника человека, а также кишечника других животных. Эти бактерии вырабатывают некоторые витамины и препятствуют развитию патогенных бактерий. Однако некоторые формы кишечной палочки вызывают воспаления кишечника – энтериты. Кишечная палочка встречается и вне организма человека: в воде и почве. Кишечная палочка широко используется в биотехнологии.

Общая характеристика прокариот

Тело прокариот, как правило, состоит из одной клетки. Размеры прокариотических клеток изменяются от 0,1-0,15 мкм (микоплазмы) до 30 мкм и более. Большинство бактерий имеет размеры 0,2-10 мкм. Однако при неполном расхождении делящихся клеток возникают нитчатые, колониальные и полинуклеоидные формы (бактероиды). В прокариотических клетках отсутствуют постоянные двумембранные и одномембранные органоиды: пластиды и митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и их производные. Их функции выполняют мезосомы – складки плазматической мембраны. В цитоплазме фотоавтотрофных прокариот имеются разнообразные мембранные структуры, на которых протекают реакции фотосинтеза. Иногда их называют бактериальными хроматофорами. Специфическим веществом клеточной стенки прокариот является муреин, однако у некоторых прокариот муреин отсутствует. Поверх клеточной стенки часто имеется слизистая капсула. Пространство между мембраной и клеточной стенкой служит резервуаром протонов при фотосинтезе и аэробном дыхании. У подвижных бактерий имеются жгутики, основой которых служит белки флагеллины.

В естественных условиях мутанты, лишенные клеточной стенки, нежизнеспособны. Поэтому такие мутанты широко используются в биотехнологии, поскольку не могут существовать вне лабораторных условий (это один из аспектов генетической безопасности).

Специфика строения прокариотической клетки позволяет выделить прокариот в отдельное надцарство (или доминион) живой природы. Изучено около 3 тысяч видов прокариотических организмов: эубактерии, архебактерии, спирохеты, риккетсии, микоплазмы, миксобактерии, актиномицеты, цианобактерии, а также организмы с неопределенным систематическим положением. Это виды, которые культивируются в лабораторных условиях. Однако существуют прокариоты, которые не выделены в виде чистых культур. Поэтому истинное их видовое разнообразие может достигать 10. 100 тысяч видов, а, может быть, и намного больше.

Для оценки уровня биоразнообразия прокариот используются методы метагеномики. Метагеномика – раздел систематики микроорганизмов, основанный на выделении фрагментов ДНК не отдельных биологических видов, а микробоценозов (сообществ микроорганизмов).

Экология прокариот определяется типами обмена веществ. Свободноживущие гетеротрофные прокариоты (сапротрофы) должны полностью обеспечивать себя всеми необходимыми веществами. Такие организмы называются прототрофными. Однако вследствие мутаций (включая делеции протяженных участков ДНК; у кишечной палочки возможна потеря 15% генома) возникают ауксотрофные биотипы. Например, ауксотрофы по лейцину не могут самостоятельно синтезировать лейцин, а ауксотрофы по биотину не могут синтезировать биотин. Двойные и множественные ауксотрофы нуждаются в поступлении двух и более необходимых органических веществ извне.

В естественных условиях мутанты-ауксотрофы могут существовать только при наличии недостающих веществ во внешней среде (например, при переходе к комменсализму или паразитизму). Ауксотрофы широко используются в биотехнологии, поскольку не могут существовать вне лабораторных условий (это один из аспектов генетической безопасности).

В природных условиях прокариоты образуют популяции (генетические неоднородные множества организмов одного вида) и сообщества из разных видов (микробоценозы). Тогда возможно явление протокооперации: мутант-ауксотроф может восполнять дефицит необходимых веществ за счет взаимодействия спрототрофами по данному веществу.

Размножение прокариот

Бесполое (вегетативное) размножение прокариот происходит путем деления клеток, которое называется дроблением. У некоторых прокариот (актиномицеты) бесполое размножение происходит с помощью спор (конидий).

При размножении бактерий в искусственных условиях (в ограниченном объеме питательной среды) в развитии культуры выделяется 4 периода, или фазы.

1 фаза – лаг-фаза. Численность бактерий увеличивается очень медленно (иногда даже снижается). Бактерии как бы осваивают новую среду.

2 фаза – фаза экспоненциального роста. Численность бактерий увеличивается лавинообразно, в геометрической прогрессии.

3 фаза – стационарная фаза. Численность бактерий стабилизируется.

4 фаза – фаза отмирания. Численность бактерий начинает уменьшаться и вскоре активных бактерий не остается. Наличие стационарной фазы и фазы отмирания связано с уменьшением концентрации питательных веществ и накоплением вредных продуктов обмена.

У некоторых видов известен половой процесс (конъюгация). При конъюгации одна из клеток передает генетическую информацию другой клетке. При этом увеличения числа особей не происходит. Перенос генетической информации может происходить с помощью вирусов (трансдукция) или путем прямого переноса ДНК через мембрану (трансформация).

Геномика прокариот

(на примере кишечной палочки Escherichia coli)

Основу генома кишечной палочки составляют кольцевые молекулы ДНК: прокариотические хромосомы и плазмиды.

Множество молекул ДНК образует две взаимосвязанные подсистемы: хромосомную и плазмидную.

Источник

Основные виды деления бактерий и факторы ограничения роста популяции

Одной из функций жизнедеятельности прокариотов, как и любых других живых существ, является размножение. По своей сути, процесс размножения бактерий можно охарактеризовать как рост числа особей, что происходит благодаря делению бактерий.

Современная микробиология описала схемы митоза, мейоза и амитоза – так делятся эукариоты, а прокариоты размножаются прямым делением.

Бинарное деление – основной способ размножения

Прокариоты размножаются преимущественно путем деления материнской бактериальной клетки на 2 идентичные дочерние. При благоприятных условиях бинарное деление происходит каждые 20 минут, а в случае ухудшения условий окружающей среды время, необходимое клетке для роста и деления, увеличивается. В случае неблагоприятных внешних условий прокариоты прекращают размножение на время или вовсе.

Непосредственно самому процессу разделения клетки пополам предшествует период роста цитоплазмы и репликации (удвоения) хромосомы бактерии, как на фото.

Увеличение клеточных размеров происходит вследствие целого ряда скоординированных процессов биосинтеза, которые жестко контролируются. Процесс роста бактерии не бесконечен – по достижению прокариотом заданных критических размеров происходит деление.

Механизм репликации бактериальной ДНК

При удвоении ДНК нуклеоида (аналог ядра в бактериальной клетке) реализуется следующая схема:

• инициация – начало деления ДНК под действием репликона (ферментативного аппарата, участка ДНК, содержащего информацию о дублировании);
• элонгация – удлинение, рост хромосомной цепи;
• терминация – завершение роста цепи и спирализация ДНК при репликации.

Параллельно с репликацией ДНК происходит рост самой клетки, и расстояние между прикрепленными посредством мезосом к цитоплазматической мембране двумя новыми хромосомами постепенно увеличивается. Прокариотическая клетка начинает делиться спустя некоторое время после репликации. Очевидно, именно дублирование ДНК запускает процесс разделения.

Подобный процесс отсутствует для мейоза эукариотов. Процесс мейоза во многом отличается от размножения прокариотов. Кроме того, разделение материнской клетки на две части для грамположительных и грамотрицательных бактерий имеет свои особенности.

Размножение грамотрицательных бактерий

Грамотрицательные бактерии имеют сравнительно тонкую клеточную стенку, на которой приблизительно по центру расположена кольцевая органелла – септальное кольцо. Разделение бактерий происходит путем сокращения органеллы и формирования перетяжки между дочерними клетками, что видно на фото.

Септальное кольцо представляет собой сложный белковый комплекс, куда входит более 12 различных белков. Оно формируется путем последовательного присоединения белков друг к другу в строгой последовательности.

Белки септального кольца выполняют следующие функции, необходимые для размножения:

• моделируют присоединение филаментов (белков кольца) в определенной последовательности к Z-кольцу (незрелая форма кольцевой органеллы);
• обеспечивают привязку Z-кольца к мембране;
• координируют формирование кольцевой органеллы с сегрегацией (разъединением) хромосомы;
• синтезируют пептидогликан – наиболее значимый компонент бактериальной клеточной стенки, который осуществляет осмотическую защиту;
• осуществляют гидролиз пептидогликана для разделения новых клеток.

Перетяжка у грамотрицательных бактерий охватывает все оболочки клетки – цитоплазматическую (внутреннюю) и внешнюю мембраны, а также связанный с ними липопротеидом тонкий слой пептидогликана.

Во время мейоза эукариотов подобный метод разделения клетки перетяжкой не встречается.

Размножение грамположительных бактерий

Толщина стенки грамположительной бактерии более чем в два раза превышает толщину стенки у бактерий грамотрицательных.

Процесс размножения грамположительной бактерии не имеет сходства с митозом и отличается от мейоза эукариотов. По окончании процесса репликации ДНК грамположительные бактерии не создают перетяжку, а синтезируют поперечную перегородку, как на фото. В процессе синтеза, как и у грамотрицательных бактерий при образовании перетяжки, принимают участие мезосомы, формируя перегородку от края к центру клеточной структуры.

Поперечное бинарное деление бактериальной прокариотической клетки всегда продольно и поперечно симметрично, что является еще одним отличием процесса от мейоза клеточной структуры эукариотов.

При благоприятных условиях прямое бинарное деление бактериальных клеток может осуществляться как одной, так и в нескольких плоскостях, что невозможно для мейоза. В случае, когда клетки после разделения не расходятся, происходит образование различных по форме объединений:

• при сечении клетки в одной плоскости формируются цепочки шаровидных или палочковых клеток (сферические диплококки, цепочка палочковидных бактерий, как на фото);
• при разделении в разных плоскостях наблюдаются клеточные скопления разнообразных форм (цепочки стрептококков, пакеты сарцин, грозди стафилококков).

Разнообразие форм прокариотов, которое видно на фото, совершенно не реализуемо для мейоза ядерных клеток.

Подобное поперечное разделение характерно не только для грамположительных бактерий, но и для нитчатых цианобактерий.

Множественное деление цианобактерий

Одной из разновидностей бинарного размножения прокариотов является множественное образование дочерних прокариотов из материнской клетки, типичное для цианобактерий, и совершенно не характерное для мейоза.

Первоначально происходит рост цитоплазмы и репликация хромосомы. Затем, как видно на видео, внутри дополнительного фибриллярного слоя материнского организма осуществляются последовательные бинарные деления, которые приводят к образованию баеоцитов (маленьких клеток). Их число может колебаться от 4 до 1000 единиц и связано с видом цианобактерии. Высвобождаются баеоциты после разрыва стенки материнского прокариота, что видно на видео.

Помимо равновеликого разделения, некоторые бактерии размножаются почкованием.

Почкование как частный случай бинарного деления

У фото- и хемотрофов, независимо от источника пищи (автотрофы или гетеротрофы), обнаруживается возможность размножения организма почкованием.

Механизм процесса выглядит следующим образом:

• на полюсе материнской клетки формируется почка;
• происходит рост почки до размеров материнского организма (это видно на фото), причем для почки синтезируется новая клеточная стенка;
• полноценная дочерняя клетка отделяется от материнской.

Если процесс бинарного разделения не имеет ограничений, как в случае мейоза

для эукариотов, то почкование зависит от факта старения прокариота. В среднем материнская клетка отделяет не более 4 почек.

Почкование имеет свои специфические особенности:

• сохраняется только продольная симметрия (хорошо видно на фото);
• после почкования получаются материнская и дочерняя клетки, тогда как после бинарного разделения материнской клетки нет – есть две равноценные дочерние;
• материнский и дочерний организмы не идентичны, различия между ними хорошо видны – наблюдается процесс старения.

При благоприятных физико-химических условиях прокариоты способны делиться в геометрической прогрессии и заполонить собой весь мир. Однако на деле такого не происходит, так как существуют факторы, сдерживающие бактериальное деление.

Факторы, ограничивающие деление

При всем видовом разнообразии и приспособленности бактерии не размножаются бесконечно. Исследования показал, что рост популяции бактерий происходит в согласии с законом размножения микроорганизмов и поддается числовому и графическому описанию.

Рост популяции, связанный с делением бактерий, состоит из нескольких фаз:

• лаг-фаза – период адаптации, когда требуется время для приспособления к новым условиям обитания, деление не имеет высокого значения;
• логарифмическая фаза – период с наибольшим количеством делений и экспоненциальным ростом популяции;
• стационарная фаза – время, когда рост колонии бактерий стремится к нулю, деление бактерий уравнивается с количеством погибших из-за ограниченности пищевых ресурсов;
• замедление роста – происходит из-за значительного сокращения пищевых ресурсов и накопления токсичных продуктов жизнедеятельности.

Неблагоприятные условия провоцируют прекращение деления бактерий и, как следствие, неизбежную гибель популяции.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.

Источник