Верхний и нижний пределы размера бактерий
Микроорганизмы относятся к крошечным организмам, которые невидимы или невидимы невооруженным глазом. Итак, насколько большими и маленькими могут быть микроорганизмы? Читая эту статью, вы можете обратиться к предыдущему сообщению в блоге: Какие бактерии обнаружены на данный момент больше всего?
Большие прокариотические клетки
Бактерии и археи имеют разные размеры клеток, от 0,2 мкм до более 700 мкм в диаметре. Большинство культивируемых палочковидных бактерий имеют ширину 0,5-4 мкм и длину менее 15 мкм. Конечно, есть и очень крупные бактерии, такие как Epulopiscium fishelsoni (Sticulus fischeri) с длиной клеток более 600 мкм. C. fischeri филогенетически родственна Clostridium. Он существует в кишечнике хирургов и содержит множество копий генома. Причина в том, что одна копия генома больше не может удовлетворять потребности такой большой бактерии в транскрипции и трансляции.
Самая крупная из известных бактерий - это Thiomargarita (сульфурофильные бактерии в Намибии), диаметром около 750 мкм, которые видны невооруженным глазом. Пока люди не понимают, почему эти клетки такие огромные. Археи не нашли штамма, сопоставимого с двумя вышеупомянутыми, но, возможно, он просто не был обнаружен.
Обычно мы считаем, что размер прокариотических клеток ограничен их способностью переносить питательные вещества. Скорость метаболизма клеток обратно пропорциональна квадрату размера клетки. Для очень больших клеток поглощение питательных веществ в конечном итоге ограничит метаболизм и заставит его конкурировать с более мелкими клетками. В невыгодном положении.
По сравнению с Thiomargarita или Epulopiscium средний размер типичных палочковидных бактерий (таких как E. coli) составляет около 1-2 мкм; Напротив, эукариотические клетки могут иметь размер всего 2 мкм, а многие - больше 600 мкм. Но вообще говоря, маленькие эукариотические клетки встречаются нечасто.
Прокариотические клетки небольшого размера
Поскольку чем меньше размер клетки, тем больше преимуществ в природе, а естественный отбор является конкурентным, поэтому теоретически в природе должны быть исключительно мелкие бактерии. Однако это не так.
Если мы посчитаем основные компоненты (такие как белок, нуклеиновая кислота, рибосомы и т. Д.), Которые должна содержать свободно растущая клетка, то нижний предел диаметра клетки составит около 0,15-0,2 мкм. В настоящее время мы также успешно получили несколько небольших прокариотических клеток. Например, на миллилитр морской воды приходится около 105-106 прокариотических клеток. Эти клетки часто очень маленькие, диаметром 0,2-0,4 мкм; они обнаружены в глубоких слоях земли и имеют диаметр около 0,2 мкм. Бактерии и флора архей, эти клетки вместе называются"ультрамикробные бактерии".
Интересно, что когда мы исследовали геном ультрамикробных бактерий, мы обнаружили, что в их геноме не хватает многих генов. Продукты или функции этих генов должны обеспечиваться другими микробными клетками или организмами-хозяевами. Следовательно, их успешная эволюция зависит от минимальных требований биохимии и других тесно связанных партнеров.
Удельная поверхность, рост и эволюция
Для ячеек малый размер имеет много преимуществ. Маленькие клетки имеют большую удельную поверхность. Конкретные значения могут предполагать, что кокки и бациллы имеют стандартную сферическую и цилиндрическую форму, а затем рассчитывать их площадь / объем (S / V). Отношение S / V клетки контролирует многие характеристики клетки, включая скорость роста и эволюцию. Поскольку скорость роста клетки частично зависит от скорости, с которой она обменивается питательными веществами и отходами с окружающей средой, чем больше отношение S / V маленькой клетки, тем выше скорость обмена питательных веществ и отходов на единицу объема клетки. Следовательно, маленькие клетки, которые растут свободно, имеют тенденцию расти быстрее, чем большие клетки. При одинаковом количестве питательных веществ мелких клеток больше, чем крупных, что, в свою очередь, влияет на эволюцию клеток.
Деление клеток сопровождается удвоением хромосом, а процесс удвоения сопровождается мутациями. Потому что чем больше количество репликаций, тем больше общее количество мутаций в популяции клеток и тем больше вероятность эволюции. Поскольку прокариотические клетки очень маленькие и гаплоидные, они растут и развиваются быстрее, чем большие клетки. Основываясь на различиях в размере и хромосомах между прокариотическими клетками и эукариотическими клетками, мы можем понять, почему бактерии и археи более приспособлены к окружающей среде, чем эукариотические клетки.
