طُرق التكاثر في البكتيريا
تعد البكتيريا من الكائنات وحيدة الخلية ، وخليتها ذات تركيب حيوي بسيط، مقارنة بخلايا الكائنات الحية الأخرى؛ فلا توجد في خليّتها نواة أو عضيات مرتبطة بالغشاء، وفيها حلقة واحدة من الحمض النووي تضم مركزًا للتحكم، تُحفظ فيه جميع المعلومات الجينية، وفي أنواع معيّنة منها تحوي الخلية دائرة إضافية من المادة الوراثية تسمى البلازميد.
وتتكاثر البكتيريا بعدة طرق، وفيما يلي تفصيل لكل منها:
التكاثر بالانشطار الثنائي
تتكوّن البكتيريا من خليّة واحدة محاطة بغشاء وجدار خلوي، وبداخلها كروموسوم حلقي يوجد في منطقة متخصّصة تُسمى منطقة النَوَوانِيّ ( بالإنجليزيّة: Nucleoid).
تتكاثر البكتيريا لاجنسيًا عن طريق الانشطار الثّنائي ( بالإنجليزيّة: binary fission)، وهو نوع من الانقسام شبيه نوعاََ ما بالانقسام المتساوي الذي يحدث في الخلايا حقيقيّة النّوى، ويحدث كالآتي:
- يتضاعف الحمض النّووي للكروموسوم الحلقي، ويتكوّن كروموسوم حلقي جديد.
- يزداد طول الخليّة البكتيريّة، ويتباعد الكروموسومان الحلقيّان عن بعضهما بحيث يصل كل واحد منهما إلى أحد طرفيّ الخلية.
- يبدأ الغشاء البلازمي للخليّة البكتيريّة بالتخصّر للداخل في منتصف الخليّة، ويتكوّن جدار خلوي يقسّم الخليّة البكتيريّة إلى خليتين متماثلتين.
التكاثر بالتبرعم
تتكاثر بعض أنواع البكتيريا عن طريق التّبرعّم (بالإنجليزيّة: Budding)، وهو شبيه بطريقة تكاثر بعض أنواع الفطريات مثل الخميرة، ويبدأ التّكاثر بتشكّل برعم صغير على أحد أطراف الخليّة الأم، أو على زوائد تمتد من الخلية تسمّى (prosthecae)، وبمرور الوقت يكبر البرعم بينما يظل حجم الخليّة البكتيريّة ثابتاََ، وعندما يصبح حجم البرعم مماثلاََ لحجم الأم ينفصل عنها.
ويختلف التّبرعم عن الانشطار الثّنائي بأنّ الخلية الجديدة النّاتجة عن التّبرعم قد تختلف في بعض صفاتها عن الخلية الأم، ومن الأمثلة على ذلك أنّ الخلية الابنة النّاتجة عن تبرعم البكتيريا الباسْتورِيَّة (بالإنجليزيّة: Pasteuria) تمتلك سوطاََ بالرّغم من أنّ الخلية الأم لا تحتوي على سوط.[2]
الاقتران
اكتشف التكاثر بالاقتران (بالإنجليزيّة: Conjugation) للبكتيريا على يد العالمين "ليدربيرغ" و "تاتوم" عام 1946م، حين وجدا أن نوعين مختلفين من الطفرات الغذائية نمتا معًا أثناء تجربة مخبرية أجرياها، كما لاحظ العالم "أندرسون" الاقتران بين اثنين من البكتيريا تحت المجهر الإلكتروني.
والبكتيريا التي تتكاثر بالاقتران تكون ذات شكل ثنائي، أي أنها تضم نوعين من الخلايا، خلايا مانحة "ذكرية"، وخلايا متلقيّة "أنثوية"، ويكون التكاثر بالاقتران، كما يأتي:
- تمتلك الخلية المانحة شعيرات جنسية يتراوح عددها بين شعيّرة واحدة إلى 4 شعيرات.
- يضم بلازميد الخلايا المانحة عوامل جنسية ناقلة.
- يحتوي كل عامل جنسي ناقل على جينات لإنتاج الشعيرات الجنسية وغيرها من السمات اللازمة لنقل الجينات.
- الجنس الشعري عبارة عن نواتج بروتوبلازمية ضيقة يتراوح عددها بين1 إلى 4.
- الخلايا الأنثوية أو المتلقية، لا تحوّي أيًّا من الشعيرات الجنسية أو عوامل الخصوبة.
- عند اقتراب الخلايا الأنثوية والذكرية من بعضها، تُنشئ الذكرية منها جسرًا للوصول للخلية الأنثوية.
- يستغرق الاقتران من 6 إلى 8 دقائق ليتم بشكل كامل.
- يحدث التبادل الجيني بطريقتين على حسب عامل الخصوبة، وهما: طريقة الذكور المعقمة، أو طريقة الذكور الخصبة.
التّنبيغ
التّنبيغ (بالإنجليزيّة: Transduction)، يحدث هذا النّوع من إعادة التّركيب عندما يهاجم فيروس بكتيري أو آكل البكتيريا (بالإنجليزيّة: bacteriophages) خلية بكتيريّة ويحقنها بالجينوم الخاص به ليتمكّن من مضاعفته ومضاعفة إنزيماته داخل خليّة حيّة، فيندمج جزء من جينوم البكتيريا مع جينوم الفيروس، وفي بعض الحالات قد يحل محله.
وعندما يهاجم الفيروس خلية بكتيريّة أخرى ينقل إليها جينوم الخليّة البكتيريّة الأولى، أو جزء منه فيندمج مع جينوم الخليّة البكتيرية الجديدة ويصبح جزءاََ منه.
التحوّل
التحوّل (بالإنجليزيّة: Transformation)، تتمكّن بعض أنواع البكتيريا من أخذ حمض نووي DNA من البيئة المحيطة بها، وغالباََ ما يكون مصدر الحمض النّووي خليّة بكتيريّة ميتة، ترتبط الخلية البكتيريّة بالحمض النّووي وتنقله عبر الغشاء البلازمي، ثم يندمج الحمض النّووي الجديد مع الحمض النّووي الأصلي في الخلية.
دورة حياة البكتيريا
تتكون دورة حياة البكتيريا من مرحلة التأخر، والمرحلة الأسية، والمرحلة الثابتة، ومرحلة الموت، وخلال المراحل المختلفة لنموّها تتأثر البكتيريا بالعديد من العوامل أهمها؛ درجة الحرارة، ونسبة الحموضة، ومصادر الطاقة، ونسبة الغازات المختلفة، مثل الأكسجين والنيتروجين، بالإضافة لتأثرها بوجود الماء من عدمه وعدد من المكونات والمعادن الأخرى.
وتكون مراحل النمو خلال دورة حياة البكتيريا، كما يأتي:
المرحلة المتأخرة
تتكيف البكتيريا مع بيئتها المحيطة وتتأقلم معها خلال هذه المرحلة، ولكنها لا تنمو على الإطلاق، فتنتج الفيتامينات والأحماض الأمينية اللازمة للنمو والتقسّم فقط، وتباشر نسخ حمضها النووي استعدادًا للمراحل القادمة.
ويعتمد طول هذه المرحلة على وفرة العناصر الغذائية للبكتيريا من عدمها، ففي حال توفّرها، تكون مرحلة التأخر قصيرة جدًا، ومن بعدها تنتقل البكتيريا إلى المرحلة التالية من دورة حياتها.
المرحلة الأسية
المرحلة الثانية من دورة حياة البكتيريا، هي المرحلة اللوغاريتمية أو المرحلة الأسية، وسمّيت بذلك نظرًا لطريقة تكاثر البكتيريا خلالها، وسرعة حدوث ذلك، والفترة المستغرقة لتكاثر البكتيريا وتضاعفها أُسيَّا تُسمى "وقت التوليد"، وفي حال توافر الظروف المناسبة يمكن للبكتيريا أن تتضاعف خلال 15 دقيقة فقط.
أمّا في ظل الظروف الأخرى، فقد تستغرق العملية أيامًا، وأثناء التضاعف تنسحب نسخة من الحمض النووي للبكتيريا إلى الجانب الآخر من غشاء الخلية، ومن ثم تنفصل عن البكتيريا الأم، ليتكوّن نسختان متطابقتان من نفس البكتيريا، تبدآن بالانقسام من جديد، وتُسمى هذه العملية المتكررة بـ"الانشطار الثنائي".
المرحلة الثابتة
في المرحلة الثابتة من دورة حياة البكتيريا، يكون نموها ذا وتيرة أبطأ، ويعود هذا لتراكم النفايات المطروحة أثناء عمليات النمو السابقة، الأمر الذي يؤثر على المساحة المتاحة لتكاثر البكتيريا وتضاعفها، ولا تستطيع البكتيريا حينها البقاء ضمن مرحلتي "المتأخر أو الأسية".
وبما أن العائق الوحيد أمام تكاثر البكتيريا في هذه المرحلة هو نقص المساحة، فمن الممكن ان تستأنف نموها السريع الأُسيّ في حال نُقلت إلى مزرعة أخرى أوسع.
مرحلة الموت
خلال المرحلة الأخيرة من حياتها، تفقد البكتيريا كل قدرتها على التكاثر والنمو، لذا فإنها تدخل مرحلة الموت، وتمامًا مثلما كان نموها وانقسامها سريعًا، فإن اضمحلالها وموتها الجرثومي، يحدث بالسرعة نفسها.
