Как быстро размножаются бактерии
Одна клетка, делящаяся каждые 30 минут, при неограниченном питании дала бы 281 474 976 710 656 клеток за 24 часа.
Время генерации
Для людей поколение — промежуток между одним этапом жизни и таким же этапом у следующего поколения, около 25 лет. Эта идея плохо подходит бактериям, которые могут быстро делиться или оставаться в покое тысячи лет. Для бактерий и архей время генерации определяется как время, за которое популяция удваивается за один цикл деления надвое; поэтому его также называют временем удвоения.
Время удвоения очень разное. По данным OpenStax, E. coli в лучших лабораторных условиях достаточно 20 минут, хотя тому же виду в суровой среде может понадобиться несколько дней. Mycobacterium tuberculosis нужно от 15 до 20 часов, а M. leprae около 14 дней. Температура, питательные вещества и pH меняют скорость, но у данного вида в данных условиях время генерации определяется генами.
Подсчёт клеток
Если клетки делятся с постоянной скоростью, их число после n поколений равно начальному числу, умноженному на 2 в степени n: N = N₀ × 2ⁿ. Здесь n — прошедшее время, делённое на время генерации. В OpenStax разобран пример. Одна клетка, делящаяся каждые 30 минут, проходит 48 делений за 24 часа, давая 2⁴⁸ = 281 474 976 710 656 клеток; проще записать 2.8 × 10¹⁴. Во втором примере вначале 1 × 10⁵ клеток, время удвоения 30 минут, рост длится 2 часа: это 4 поколения, значит, 10⁵ × 2⁴ = 1.6 × 10⁶ клеток.
Перетащи, чтобы повернуть. Для изменения масштаба прокрути колёсико или сведи и разведи два пальца.
В обычной шкале такой рост выглядит почти плоским на большей части графика, а в конце резко взлетает, потому что каждый шаг добавляет столько клеток, сколько уже есть. Микробиологи обычно откладывают логарифм числа клеток. В логарифмической шкале каждое удвоение поднимает линию на одну и ту же величину, поэтому постоянный экспоненциальный рост становится прямой, а её наклон показывает скорость роста.
Кривая роста в колбе
Численность клеток в реальной культуре не может долго удваиваться. Когда несколько клеток помещают в свежую питательную среду в закрытой колбе, число живых клеток меняется по кривой с четырьмя фазами. В лаг-фазе число почти не меняется: клетки увеличиваются, создают белки для новой среды и исправляют повреждения. В логарифмической, или экспоненциальной, фазе они равномерно делятся с интервалом, равным времени генерации. Когда питательные вещества иссякают, отходы накапливаются и кислород расходуется, рост замедляется и останавливается: в стационарной фазе новые клетки образуются с той же скоростью, с какой старые погибают. Наконец, в фазе отмирания клетки погибают быстрее, чем делятся, и их число падает.
Перетащи, чтобы повернуть. Для изменения масштаба прокрути колёсико или сведи и разведи два пальца.
- Время генерации (удвоения): время удвоения популяции.
- N = N₀ × 2ⁿ, где n = время ÷ время генерации.
- Логарифмическая шкала превращает равномерное удвоение в прямую.
- Закрытая культура: лаг-фаза, логарифмическая, стационарная, отмирание.
- Одна клетка делится каждые 30 минут. Сколько поколений за 24 часа?
- Сколько тогда клеток будет через 24 часа при неограниченном питании?
- Около 2.8 × 10¹⁴
- Около 48
- Около 2304
- Около 1 миллиона
- Вначале 100 000 клеток, время удвоения 30 минут, рост длится 2 часа. Сколько клеток получится? (запиши полное число)
- E. coli удваивается каждые 20 минут; вначале одна клетка. Сколько клеток будет через 8 часов?
- В модели непрерывного экспоненциального роста со временем удвоения 20 минут через сколько часов одна клетка даст больше 1 миллиона? (один знак после точки)
- В какой фазе клетки приспосабливаются к свежей среде без увеличения численности?
- Лаг-фаза
- Логарифмическая фаза
- Стационарная фаза
- Фаза отмирания
- Почему рост останавливается в стационарной фазе?
- Питательные вещества иссякают, отходы накапливаются, поэтому число новых клеток равно числу погибших
- Все клетки погибли
- Клетки превращаются в вирусы
- Свет выключен
- Расположи фазы закрытой бактериальной культуры по порядку.
- На полулогарифмическом графике постоянный экспоненциальный рост выглядит как…
- прямая восходящая линия
- горизонтальная линия
- кривая, загибающаяся вниз
- окружность
- У кого самое долгое время удвоения по данным OpenStax?
- Mycobacterium leprae (около 14 дней)
- E. coli в лаборатории (20 минут)
- Mycobacterium tuberculosis (от 15 до 20 часов)
- У всех одинаковое
Источники курса (15)
- OpenStax Microbiology 1.1 What Our Ancestors Knew (fermented drink from rice, honey and fruit in Neolithic China by 7000 BC, Saccharomyces cerevisiae in bread, Leeuwenhoek 1675 "animalcules" in rain water, Golden Age of Microbiology 1857 to 1914; openstax.org/books/microbiology/pages/1-1-what-our-ancestors-knew)
- 1.3 Types of Microorganisms (about 100 µm to see with the eye, animal cell about 10 µm, bacteria about 1 µm, viruses about 100 nm, three domains, coccus/bacillus/spirillum, archaea without peptidoglycan and in extreme places such as Morning Glory pool, protists, algae, diatoms 2 to 200 µm, protozoa with cilia, flagella or pseudopods, fungi with chitin walls, more than 1000 yeast species, molds and penicillin, helminths, prions about one-tenth of a virus; .../1-3-types-of-microorganisms)
- 3.1 Spontaneous Generation (Aristotle, van Helmont's mice recipe of 3 weeks, Redi 1668 with six jars, Needham 1745, Spallanzani, Pasteur 1858 gun-cotton filter, swan-neck flasks, Alhumbert Prize 1862, 1864 lecture; .../3-1-spontaneous-generation)
- 3.2 Foundations of Modern Cell Theory (Semmelweis 1847, 10 to 20 percent vs 1 percent, chlorinated lime; Snow; Pasteur 1856 fermentation; Lister 1867 carbolic acid; Koch's postulates; .../3-2-foundations-of-modern-cell-theory)
- 6.1 Viruses (acellular, obligate intracellular parasites, DNA or RNA never both, capsid, envelope, spikes, helical/polyhedral/complex, 20 nm to 900 nm, Ivanovski 1892 with the Chamberland filter of 1884, pore 0.1 µm, Beijerinck 1898 and virus = poison, Stanley 1935, host range, bacteriophages, FDA 2006 phage spray on lunch meats; .../6-1-viruses)
- 9.1 How Microbes Grow (binary fission, FtsZ Z ring, generation time, E. coli 20 minutes, human generation 25 years, M. tuberculosis 15 to 20 hours, M. leprae 14 days, 2^48 = 281,474,976,710,656 after 24 h at 30 minutes, Nn = N0 2^n, lag/log/stationary/death, budding, fragmentation, Epulopiscium; .../9-1-how-microbes-grow)
- Royal Society: Philosophical Transactions 12:821-831, published 25 March 1677, Leeuwenhoek's Dutch letter of 9 October 1676 "concerning little animals" (doi.org/10.1098/rstl.1677.0003)
- Royal Society archive EL/L1/22 (letter to Oldenburg dated at Delft, 18 pages, partial translation by Oldenburg)
- Royal Society blog "Celebrating Leeuwenhoek", 2023 (first letter via de Graaf, Phil. Trans. 19 May 1673; 190 letters in fifty years; died 26 August 1723 aged 90)
- N. Lane 2015, Phil. Trans. R. Soc. B 370:20140344 (upwards of 1,000,000 creatures in a drop of pepper-water; letter read aloud over several sessions)
- Lens on Leeuwenhoek, letter L-040 (Oldenburg printed less than half; Hooke succeeded later in 1677)
- CDC MMWR 53(34):783, 2004, 150th Anniversary of John Snow and the Pump Handle (31 August 1854, handle removed 8 September 1854, Vibrio cholerae isolated 1883; cdc.gov/mmwr/preview/mmwrhtml/mm5334a1.htm)
- CDC History of Smallpox and Smallpox timeline (Jenner 1796; 33rd World Health Assembly declared the world free of smallpox on 8 May 1980; cdc.gov/smallpox/about/history.html)
- American Chemical Society, Discovery and Development of Penicillin landmark (Fleming 1928 at St Mary's Hospital London, paper June 1929, Florey and Chain at Oxford from 1939; acs.org/education/whatischemistry/landmarks/flemingpenicillin.html)
- Fleming 1929, Br J Exp Pathol 10:226. Sender, Fuchs and Milo 2016, PLoS Biol 14:e1002533 (3.8 × 10^13 bacteria and 3.0 × 10^13 human cells in a 70 kg reference man, ratio about 1.3, bacteria about 0.2 kg).
Проверено: 2026-10-17