แบคทีเรียสืบพันธุ์ได้อย่างไร?

แบคทีเรียเป็นจุลินทรีย์เซลล์เดียว และเป็นหนึ่งในรูปแบบชีวิตที่เรียบง่ายที่สุดในโลก มีโครโมโซมเพียงโครโมโซมเดียว ไม่มีนิวเคลียสหรือออร์แกเนลล์อื่นๆ ที่พบในเซลล์ยูคาริโอตส่วนใหญ่ ในการทำซ้ำ แบคทีเรียจะต้องผ่านกระบวนการแตกตัวแบบไบนารี ซึ่งเซลล์แบคทีเรียจะมีขนาดโตขึ้น คัดลอก DNA ของมัน แล้วแยกออกเป็นเซลล์ "ลูกสาว" ที่เหมือนกันสองเซลล์ แบคทีเรียยังสามารถสลับ DNA ผ่านการคอนจูเกต ซึ่งช่วยให้พวกมันแชร์ลักษณะที่เอาชนะความเครียดจากสิ่งแวดล้อม เช่น ยาปฏิชีวนะ

เซลล์แบคทีเรียเป็นโปรคาริโอตธรรมดามาก ซึ่งหมายความว่าไม่มีนิวเคลียส แบคทีเรียประกอบด้วยผนังเซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์ ไซโทพลาซึม ไรโบโซม และโครโมโซมเท่านั้น เซลล์แบคทีเรียบางชนิดยังมีพลาสมิดหรือโครงสร้างนอกเซลล์ เช่น แคปซูล ฟิมเบรีย และ แฟลกเจลลา ซึ่งแตกต่างจากเซลล์ยูคาริโอตซึ่งมีนิวเคลียส แบคทีเรียไม่ได้รับไมโทซิสระหว่างการจำลองแบบ โดยที่นิวเคลียสแยกออกและ DNA ถูกกระจายออกเป็นสองชุดที่เหมือนกัน แบคทีเรียทำซ้ำโดยการแบ่งเซลล์แบบไบนารี ซึ่งเป็นกระบวนการจำลองแบบที่คัดลอกดีเอ็นเอของแบคทีเรียและแยกเซลล์เดียวออกเป็นสองเซลล์ลูกสาวที่เหมือนกัน การลดความซับซ้อนของกระบวนการสืบพันธุ์ของแบคทีเรียช่วยให้แบคทีเรียสามารถทำซ้ำได้อย่างรวดเร็วอย่างน่าทึ่ง ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม เซลล์แบคทีเรียเพียงเซลล์เดียวสามารถทำซ้ำเป็นแบคทีเรียได้มากถึงหนึ่งพันล้านตัวในเวลาเพียง 10 ชั่วโมง

การแยกตัวแบบไบนารีเป็นกระบวนการที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด ซึ่งจะแยกแบคทีเรียออกเป็นสองลูกสาวเท่าๆ กันโดยใช้โปรตีนเฉพาะที่ออกแบบมาสำหรับการจำลองแบบ การแยกตัวแบบไบนารีเริ่มต้นด้วยการจำลองดีเอ็นเอของแบคทีเรีย เมื่อ DNA ถูกจำลองแบบภายในโครโมโซม โครโมโซมจะจัดเรียงตัวมันเองออกเป็นสองส้อมจำลอง แล้วแยกไปยังปลายอีกด้านของเซลล์ ที่ไซต์การแบ่ง ใกล้ศูนย์กลางของแบคทีเรียที่ยืดออก มีการประกอบเครื่องจักรสำหรับการแบ่งตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งวงแหวนโปรตีน FtsZ เมื่อองค์ประกอบสำหรับการแบ่งตัวถูกประกอบเข้าด้วยกัน แบคทีเรียจะสังเคราะห์ผนังเซลล์ใหม่ที่บริเวณการแบ่งตัวโดยใช้เยื่อหุ้มเซลล์และแยกออกเป็นเซลล์ลูกสาวที่เหมือนกันสองเซลล์ เซลล์ลูกสาวเป็นโคลน เหมือนกันทุกประการกับแบคทีเรียดั้งเดิม

แบคทีเรียมีความสามารถในการปรับเปลี่ยนโครงสร้างทางพันธุกรรมของพวกมันโดยใช้การถ่ายทอดของพลาสมิดซึ่งมีขนาดเล็ก โมเลกุล DNA ทรงกลมที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมที่ช่วยให้แบคทีเรียสามารถเอาชนะสิ่งแวดล้อมได้ ความเครียด พลาสมิดถูกแบคทีเรียหยิบขึ้นมาจากสิ่งแวดล้อม หรือส่งผ่านจากแบคทีเรียไปยังแบคทีเรียผ่านกระบวนการที่เรียกว่าคอนจูเกชัน สิ่งนี้ทำให้พวกเขาปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร ตั้งแต่หิมะอาร์กติกไปจนถึงพื้นมหาสมุทร นอกจากนี้ยังช่วยให้พวกเขาพัฒนาความต้านทานต่อความเครียดประดิษฐ์เช่นยาปฏิชีวนะ พลาสมิดจะไม่ทำซ้ำเสมอในระหว่างกระบวนการแบ่ง บางครั้งพวกมันจะถูกส่งไปยังเซลล์ลูกสาวเพียงเซลล์เดียว พลาสมิดทำซ้ำผ่าน DNA ของตัวเองที่ขยายออกไปเพื่อให้แน่ใจว่ามีการจำลองแบบโดยเซลล์แบคทีเรียแม่และสามารถทำซ้ำได้โดยไม่ขึ้นกับแบคทีเรีย แบคทีเรียตัวเดียวสามารถมีพลาสมิดที่จำลองแบบได้หลายร้อยชนิด

แบคทีเรียมีความหลากหลายอย่างมาก และแบคทีเรียบางรูปแบบไม่ได้ทำซ้ำผ่านฟิชชันแบบไบนารี ไซยาโนแบคทีเรีย Stanieria ทำซ้ำภายในผนังเซลล์ ทำให้เกิดลูกหลานหลายสิบหรือหลายร้อยตัวที่เรียกว่าแบโอไซต์ ผนังเซลล์แตกออก และเซลล์บีโอไซต์ทั้งหมดจะถูกปล่อยออกมาพร้อมกัน ใน Epulopiscium เซลล์ลูกเล็กสองเซลล์ก่อตัวจาก DNA ที่จำลองแบบภายในเซลล์แม่ที่ใหญ่กว่า เมื่อลูกเติบโตเต็มที่ เซลล์แม่จะตาย ปล่อยเซลล์แบคทีเรียที่สมบูรณ์ออกมาสองเซลล์ มีการสังเกตกระบวนการสืบพันธุ์ที่เรียกว่าการแตกหน่อในสมาชิกบางคนของ Planctomycetes แต่กลไกของกระบวนการนี้ยังไม่ทราบ