细菌主要通过无性途径繁殖,例如二元裂变,这是一个细胞分裂成两个相同的较小细胞的过程。但是,这些微生物还通过称为“结合”的过程表现出一种有性生殖。
关于无性繁殖,二元裂变占主导,但有报道称这组单细胞生物体中有“异常”或“替代”分裂模式,例如出芽,多重分裂和“细胞内”后代的形成。仅举几例。
原核细胞示意图(来源:此矢量图像由Ali Zifan完全通过Wikimedia Commons制作)
在研究细菌的不同繁殖机制之前,有必要记住一些关键信息以了解这些生物学过程的某些方面。
细菌的一般特征
细菌是原核生物,也就是说,它们的遗传物质并未封闭在真核生物中存在的被称为“核”的膜状结构中。
它是一个非常成功且多样化的群体,主要由单细胞生物组成,尽管有些可以形成菌落和细丝。它们几乎存在于生物圈的所有生态系统中,并且对于多细胞生物固有的许多生物过程至关重要。
细菌细胞是小细胞(直径不超过几微米),特别是与真核细胞相比。例如,由于没有膜细胞器,它的细胞质比动物或植物细胞的细胞质“简单得多”。
里面有大量的核糖体,不同物质的存储颗粒,不同类型的蛋白质,大的,圆形和超螺旋的染色体,以及小的染色体外DNA分子,称为“质粒”。
细菌的细胞被膜非常特殊,因为它由称为“肽聚糖”的复杂聚合物组成,该聚合物由与多肽连接的氨基糖组成。这些生物的壁和质膜的特征用于它们的分类。
一些细菌还被围绕其细胞壁并具有保护功能的“胶囊”覆盖。其他细菌是可移动的,并具有从其表面突出的特殊结构,例如纤毛和鞭毛。
由于并非所有细菌都能在实验室中体外生长,因此科学界管理的有关其代谢,繁殖,形态和一般特征的信息在很大程度上取决于对模型物种进行研究获得的数据。
细菌的无性繁殖
无性繁殖是由个体作为“母亲”的克隆形成。与有性生殖不同,此过程仅需要一个复制其内部成分并分成两个相等子细胞的细胞。
- 二元裂变
也称为“二分”,二元裂变是自然界大多数细菌繁殖的主要形式。在此过程中,分裂细胞以这样的方式运行:产生两个遗传上相同的较小细胞,而初始细胞“消失”。
分裂细胞必须经过事先的“准备”过程,通过该过程,其内部含量(染色体,蛋白质,核糖体等)增加了一倍,并将其胞浆含量提高到略低于两倍。
二进制裂变(来源:Binary_fission.svg:由w绘制:用户:JWSchmidt(w:图像:Binary fission.png);由w矢量化:用户:JTojnarderivative作品:Ortisa通过Wikimedia Commons
细菌染色体的两个副本向分裂细胞的两个极点以及已复制的一些内部物质分泌。此后,将在单元格中的特定位置(称为“分割位置”)形成“隔片”。
隔膜由胞质膜的“向心”内陷组成,该内向内陷是在合成新细胞壁和分离两个子细胞之前。
-“不寻常”的无性繁殖
在所有细菌组中,无性繁殖过程都不相同。如开始时所提到的,某些物种的特征是出芽,其他物种的特征是多重分裂,细胞内后代的形成等。
多个细胞内后代的形成
属于低GC含量的革兰氏阳性细菌(Firmicutes)的许多细菌谱系通过一个过程进行无性繁殖,该过程暗示多个内生孢子(也处于休眠状态)或较大活动后代的数量。
对于许多谱系而言,“多胞内后代”的形成是繁殖的主要手段,因此二元裂变可能很少发生或根本不发生。
发芽
在蓝细菌,菌毛和扁平菌以及某些蛋白细菌中都观察到细菌萌芽。
该过程的示意图(在细菌中很少被研究和了解)说明了以这种方式无性繁殖的细菌如何脱落其细胞体的“部分”或“蛋黄”,这一部分远小于“母体”细胞起源于它们,可能不包含后者的所有胞质成分。
某些蓝细菌中的白细胞产生
一些蓝细菌,如斯坦尼氏菌属的细菌,从来不会通过二元裂变繁殖。取而代之的是,它们的分裂过程始于一个称为细胞的小细胞。
嗜碱性粒细胞的大小逐渐增加,并且这样做,染色体DNA连续多次复制。当红细胞进入细胞质分裂阶段时,它会产生大量新的微小红细胞,这些新的细红细胞通过破坏“母”红细胞的外壳而释放。
此过程在其他物种中也称为碎片。
细菌的“性”繁殖
我们知道,有性生殖是由两个称为“配子”的特殊性细胞融合而成,通过这种融合,两个人交换遗传信息,并产生具有两者结合产生的基因的后代。
尽管细菌既不产生配子,也不产生专门的性细胞,但有时两种不同的细胞彼此交换遗传物质,这可以通过三种不同的过程发生:
-转型
-转导
-共轭
尽管它不涉及新细胞或不同细胞的产生,但转化是一个事件,细菌可以通过该事件从另一个细菌获取DNA片段,该片段将它们释放到它们所生活的环境中,或者已经死亡并分解。
另一方面,由于噬菌体的参与,转导与细菌DNA(来自不同细菌)的结合有关,噬菌体是攻击细菌的病毒。
最后,结合不是以产生新个体为特征的,是关于遗传物质通过称为“性菌毛”的特殊结构从一种细胞直接转移到另一种细胞的。
细菌共轭(来源:衍生作品:Franciscosp2(对话)Bacterial_Conjugation_en.png:通过Wikimedia Commons的Mike Jones)
最后的过程需要两个细胞之间的物理接触,并且根据在模型生物大肠杆菌中进行的研究,存在“雄性”供体细胞和“雌性”受体细胞。
通常,捐赠和接受的是含有有用遗传信息的质粒DNA分子。
参考文献
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