كتب النمو والتكاثر

خلافًا لما يحدث في الكائنات متعددة الخلايا فإن الزيادة في حجم خلية الكائنات وحيدات الخلية (نمو الخلية والتكاثر عن طريق الإنقسام الخلوي) مرتبط بشدة. تنمو البكتيريا إلى حجم معين ثم تتكاثر عن طريق الانقسام الثنائي وهو نوع من التكاثر اللاجنسي. تحت الظروف المثالية يمكن للبكتيريا النمو والانقسام بسرعة كبيرة جدًا، ويمكن لتعدادها أن يبلغ الضعف في غضون 9,8 دقائق. في عملية الانقسام الخلوي يتم إنتاج خليتين ابنة متطابقتين بالإستنساخ. بعض أنواع البكتيريا وبينما لاتزال تتكاثر لاجنسيًا تُشكل بُنى تكاثرية أكثر تعقيدًا تساعد على انتشار الخلايا الوليدة حديثًا، من الأمثلة على ذلك: التشكيل الثمري الذي تتخذه بكتيريا الجرثومة المخاطية والخيوط الفطرية الهوائية التي تشكلها بكتيريا المتسلسلة أو التبرعم. وتتم عملية التبرعم عن طريق تشكل نتوء في الخلية والذي بدوره ينفصل ليشكل خلية ابنة جديدة.

في المختبرات عادة ما تُنمى البكتيريا باستعمال وسط صلب أو سائل. تستخدم البيئة الصلبة فيها مواد مثل الأجر التي تستخدم في مزارع سلاسل البكتيريا المعزولة، أما البيئة السائلة أو الوسط السائل فعادة يستخدم عندما يراد قياس النمو أو أعداد كبيرة من الخلايا. واستخدام الوسط السائل يحدث حتى في الخلايا طور التكوين ويسهل من عملية تقسيم المزرعة البكتيرية وحتى نقلها رغم صعوبة عزل البكتيريا عن الوسط السائل. الوسط المختار لاستخدامه (الوسط يكون محدداً بإضافات معينة مغذية له أو منزوعه منه أو بإضافة مضادات حيوية) من الممكن أن يساعد في تحديد نوع الكائنات.

معظم التقنيات المخبرية تستخدم لإنماء البكتيريا لمستويات عالية من المغذيات لإنتاج أعداد كبيرة من الخلايا بأرخص وبأسرع وقت. على أية حال في البيئة الطبيعية تكون المغذيات محدودة، ويعني هذا أن البكتيريا تكون غير قادرة على استمرارية التكاثر لوقت أطول. هذه المغذيات المحدودة قادت إلى التطور في استراتيجيات النمو. (انظر r/K selection theory) بعض الكائنات تستطيع أن تنمو بسرعة هائلة عندما تتواجد التغذية، مثل الغال و السينوبيكتيريا والتي تظهر عادة في البحيرات أثناء فصل الصيف. وكائنات أخرى تتكيف مع البيئات القاسية مثل البكتيريا المنتجة لسلسلة من المضادات الحيوية وهي المتسلسلة والتي تثبط نمو الميكروبات. في الطبيعة العديد من الكائنات التي تعيش في مجتمعات مثل البيوفيلم والتي تسمح بزيادة التزود بالغذاء والحماية من العوامل المناخية. هذه العلاقات من الممكن أن تساعد بشكل أساسي للنمو في كائنات محددة أو مجموعة منها.

تتبع نمو البكتيريا أربع مراحل، فعند بداية دخول مجموعة من البكتيريا إلى بيئة غنية بالمواد الغذائية تسمح لها بالنمو، تحتاج الخلايا أن تتكيف مع هذه البيئة الجديدة أولًا. المرحلة الأولى من مراحل النمو هي المرحلة الفاصلة وهي مرحلة يكون النمو فيها بطيئًا وعندها تكون خلايا البكتيريا في مرحلة تكيف مع البيئة الجديدة وتتهيأ للنمو السريع. وتتميز هذه المرحلة بمعدل تصنيع حيوي عالي، حيث يتم تصنيع البروتينات اللازمة للنمو السريع. المرحلة الثانية من النمو هي المرحلة اللوغاريتمية، وتعرف أيضا بالمرحلة الأسية، هذه المرحلة تمتاز بنمو أسي سريع. والمعدل الذي تنمو به الخلايا في هذه المرحلة يعرف ب معدل النمو (k) والوقت اللازم للخلايا لتضاعف عددها يعرف ب زمن التكاثر"الإنشاء" (g). خلال المرحلة الوغاريتمية يتم تمثيل المواد الغذائية بسرعة عالية حتى تستنفذ إحدى هذه المواد الغذائية وتحد من سرعة النمو. المرحلة الثالثة من مراحل النمو هي مرحلة الثبات وهي ناتجة عن استنفاذ المواد الغذائية، حيث تقوم الخلايا بالتقليل من نشاطاتها التمثيلية وتستهلك البروتينات الخلوية الغير أساسية. مرحلة الثبات هي مرحلة التحول من النمو السريع إلى حالة الاستجابة للضغوط وهناك زيادة في التعبير الجيني المسؤول عن إصلاح الحمض النووي DNA والنقل النشط للمواد الغذائية، والتمثيل الغذائي لمضادات التأكسد. والمرحلة النهائية هي مرحلة الموت، حيث تستنفذ البكتيريا جميع المواد الغذائية وتموت.