Los límites superior e inferior del tamaño de las bacterias.
Los microorganismos se refieren a organismos diminutos que son invisibles o invisibles a simple vista. Entonces, ¿qué tan grandes y pequeños pueden ser los microorganismos? Al leer este artículo, puede consultar una publicación de blog anterior: ¿Cuál es la bacteria más grande encontrada hasta ahora?
Células procariotas grandes
Las bacterias y las arqueas tienen diferentes tamaños de células, que van desde 0,2 μm de diámetro hasta más de 700 μm de diámetro. La mayoría de las bacterias cultivadas en forma de bastón tienen una anchura de 0,5 a 4 μm y una longitud de menos de 15 μm. Por supuesto, también hay algunas bacterias muy grandes, como Epulopiscium fishelsoni (Sticulus fischeri) con una longitud celular de más de 600 μm. C. fischeri está relacionado filogenéticamente con Clostridium. Existe en los intestinos de los cirujanos y contiene múltiples copias del genoma. La razón es que una sola copia del genoma ya no puede satisfacer las necesidades de transcripción y traducción de una bacteria tan grande.
La bacteria más grande conocida es Thiomargarita (bacteria sulfurófila en Namibia), con un diámetro de aproximadamente 750 μm, que es directamente visible a simple vista. Hasta ahora, la gente no entiende por qué estas células son tan grandes. Archaea no ha encontrado una cepa comparable a las dos anteriores, pero es posible que simplemente no se haya descubierto.
En general, creemos que el tamaño de las células procariotas está limitado por la capacidad de las células para transportar nutrientes. La tasa metabólica de las células es inversamente proporcional al cuadrado del tamaño de la célula. Para las células muy grandes, la absorción de nutrientes eventualmente limitará el metabolismo y lo hará competir con las células más pequeñas. En desventaja.
En comparación con Thiomargarita o Epulopiscium, el tamaño medio de las bacterias típicas en forma de bastón (como E. coli) es de aproximadamente 1-2 μm; por el contrario, las células eucariotas pueden ser tan pequeñas como 2 µm y muchas miden más de 600 µm. Pero en términos generales, las células eucariotas pequeñas no son comunes.
Células procariotas de pequeño tamaño
Dado que cuanto más pequeña es la célula, mayor es la ventaja en la naturaleza, y la selección natural es competitiva, por lo que, en teoría, la naturaleza debería ser una bacteria extremadamente pequeña. Sin embargo, no lo es.
Si calculamos los componentes básicos (como proteínas, ácidos nucleicos, ribosomas, etc.) que debe contener una célula de crecimiento libre, entonces el límite inferior del diámetro celular es de aproximadamente 0,15-0,2 μm. En la actualidad, también hemos obtenido con éxito algunas pequeñas células procariotas. Por ejemplo, hay alrededor de 105-106 células procariotas por mililitro de agua de mar. Estas células suelen ser muy pequeñas, con un diámetro de 0,2 a 0,4 μm; se encuentran en las capas profundas de la tierra y tienen un diámetro de aproximadamente 0.2 μm de bacterias y flora de arqueas, estas células se conocen colectivamente como"bacterias ultramicrobianas".
Curiosamente, cuando exploramos el genoma de las bacterias ultramicrobianas, encontramos que su genoma carecía de muchos genes. Los productos o funciones de estos genes deben ser proporcionados por otras células microbianas u organismos hospedadores. Por lo tanto, su evolución exitosa depende de los requisitos mínimos de la bioquímica y otros socios estrechamente relacionados.
Superficie específica, crecimiento y evolución
Para las células, el tamaño pequeño tiene muchos beneficios. Las células pequeñas tienen una gran superficie específica. Los valores específicos pueden asumir que los cocos y los bacilos son esféricos y cilíndricos estándar, y luego calcular su área / volumen (S / V). La relación S / V de una célula controla muchas características de la célula, incluida la tasa de crecimiento y la evolución. Debido a que la tasa de crecimiento de una célula depende en parte de la tasa a la que intercambia nutrientes y desechos con el medio ambiente, cuanto mayor sea la relación S / V de una célula pequeña, más rápida será la tasa de intercambio de nutrientes y desechos por unidad de volumen celular. Por lo tanto, las células pequeñas que crecen libremente tienden a crecer más rápido que las células grandes. Con la misma cantidad de nutrientes, hay más células pequeñas que células grandes, lo que a su vez afectará la evolución celular.
La división celular se acompaña de la duplicación de cromosomas y el proceso de duplicación se acompaña de mutaciones. Porque cuanto mayor sea el número de replicaciones, mayor será el número total de mutaciones en la población celular y mayor será la posibilidad de evolución. Debido a que las células procariotas son muy pequeñas y haploides, crecen y evolucionan más rápido que las células grandes. Basándonos en las diferencias de tamaño y cromosomas entre las células procariotas y las células eucariotas, podemos entender por qué las bacterias y las arqueas son más adaptables al medio ambiente que las células eucariotas.
