बैक्टीरिया कोशिकाओं की वृद्धि - समझाया! (चित्र के साथ)
सेलुलर विकास और प्रजनन:
एक व्यक्तिगत बैक्टीरिया सेल आकार में बढ़ता है, जब पर्यावरण की स्थिति इसके विकास के लिए अनुकूल होती है। प्रत्येक कोशिका अपने आकार (चित्रा 2.15) के लगभग दोगुनी हो जाती है।
गोलाकार बैक्टीरिया के मामले में, सेल का व्यास दोगुना हो जाता है, जबकि अन्य में, सेल अपनी मूल लंबाई को दोगुना करने के लिए बढ़ जाता है।
ऐसी वृद्धि को 'कोशिकीय वृद्धि' कहा जाता है। बैक्टीरिया सेल के बाद इसका आकार लगभग दोगुना हो जाता है, यह 'बाइनरी विखंडन' नामक प्रक्रिया द्वारा दो कोशिकाओं में विभाजित होता है। इस प्रकार, बैक्टीरिया का प्रजनन बाइनरी विखंडन के माध्यम से होता है। द्विआधारी शब्द का अर्थ है कि प्रत्येक माँ बैक्टीरिया कोशिका दो (द्वि: दो) बेटी बैक्टीरिया कोशिकाओं को विभाजित करती है (विखंडन: विभाजन)।
विभाजन के दौरान, माँ कोशिका के मध्य में कोशिका झिल्ली और कोशिका भित्ति एक दूसरे से मिलने और 'सेप्टम' नामक एक विभाजन दीवार से विपरीत दिशाओं से अंदर की ओर बढ़ती है।
सेप्टम कोशिका को दो समान हिस्सों में विभाजित करता है, जो बाद में दो नई बेटी मां कोशिका बनाने के लिए बंद हो जाता है, इसका डीएनए अणु दो समान डीएनए अणुओं की प्रतिकृति बनाता है, जिससे प्रत्येक बेटी कोशिका को एक डीएनए अणु प्राप्त होता है। अन्य कोशिकीय पदार्थ भी दो बेटी कोशिकाओं के बीच समान रूप से विभाजित होते हैं।
बैक्टीरिया का विकास:
उच्च पौधों और जानवरों के मामले में, विकास का मतलब है एक व्यक्ति के आकार में वृद्धि। यद्यपि प्रत्येक बैक्टीरिया कोशिका भी अपने आकार में वृद्धि से बढ़ती है, ऐसे सेलुलर विकास को सामान्य रूप से माना जाना मुश्किल है और इसका बहुत कम महत्व है; बल्कि यह एक निश्चित समय अंतराल के अंत में उत्पादित कोशिकाओं की संख्या है, जिसे माना जा सकता है और इसका निश्चित महत्व है।
इसीलिए; 'बैक्टीरिया की वृद्धि' को बैक्टीरिया कोशिकाओं की संख्या में वृद्धि के रूप में परिभाषित किया गया है। बैक्टीरिया की 'विकास दर' को प्रति यूनिट समय बैक्टीरिया कोशिकाओं की संख्या में वृद्धि के रूप में परिभाषित किया गया है। जीवाणुओं की दी गई जनसंख्या को दोगुना करने के लिए आवश्यक समय को 'पीढ़ी का समय' या 'दोहरीकरण समय' कहा जाता है। यह कुछ मिनटों से लेकर कुछ घंटों तक बैक्टीरिया के बीच बदलता रहता है।
घातांक या लघुगणक विकास:
जैसा कि बैक्टीरिया का विकास द्विआधारी विखंडन के माध्यम से होता है, एक एकल जीवाणु (1) 1, 2, 4, 8, 16 और इतने पर बढ़ता है, जिसे 1 एक्स 2 0, 1 एक्स 2 1, 1 एक्स 2 के रूप में भी व्यक्त किया जा सकता है 2, 1 x 2 3, 1 x 2 4, ……………… .. 1 x 2 n क्रमशः। इस प्रकार की वृद्धि, जिसमें प्रत्येक इकाई समय (पीढ़ी समय) के दौरान कोशिकाओं की संख्या दोगुनी हो जाती है, 'घातीय वृद्धि' या 'लघुगणक वृद्धि' कहलाती है। लॉगरिदमिक विकास अंकगणित विकास (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7…।) या ज्यामितीय विकास (1, 2, 4, 8, 16, 32 ……) की तुलना में बहुत तेज है।
हालांकि, जाहिरा तौर पर यह ज्यामितीय विकास का अनुसरण करता है, कुछ पीढ़ियों के बाद यह 1, 10, 100, 1000, 10000 ……… के रूप में बढ़ता है। (10 0, 10 1, 10 2, 10 3, 10 4 …… ..) किसके लघुगणक मान 0, 1, 2, 3, 4 …… .. हैं?
यदि बैक्टीरिया की प्रारंभिक संख्या 1 के बजाय एन 0 है, तो 'एन' पीढ़ियों की संख्या के बाद, बैक्टीरिया की अंतिम संख्या (एन) एन 0 x 2 एन होगी ।
इस प्रकार, निम्नलिखित समीकरण का उपयोग करके बैक्टीरिया की अंतिम संख्या प्राप्त की जा सकती है:
एन = एन 0 एक्स 2 एन
कहा पे,
एन: बैक्टीरिया की अंतिम संख्या,
एन 0 : बैक्टीरिया की प्रारंभिक संख्या और
एन: पीढ़ियों की संख्या।
पीढ़ियों की संख्या का पता लगाने के लिए समीकरण (एन) उपरोक्त समीकरण से लिया गया है:
एन = एन 0 एक्स 2 एन
=> लॉग एन = लॉग (एन 0 एक्स 2 एन ) (दोनों पक्षों का लॉग ले रहा है)
=> लॉग एन = लॉग एन 0 + लॉग 2 एन (… लॉग एक्सब = लॉग + ए लॉग बी)
=> लॉग एन = लॉग एन 0 + एन लॉग 2 (… लॉग इन ए एक्स = एक्स लॉग ए)
=> लॉग एन-एन एन 0 = एन लॉग 2
=> एन लॉग 2 = लॉग एन-लॉग एन 0
=> n = लॉग एन-लॉग एन 0 / लॉग 2
n = 3.3 (लॉग एन - लॉग एन 0 )
विकास वक्र:
बैक्टीरिया का विकास नीचे दिए गए अनुसार चार चरणों में होता है। समय बनाम बैक्टीरिया संख्या के लॉग का एक भूखंड 'वृद्धि वक्र' (चित्रा 2.16) नामक एक विशिष्ट वक्र देता है।
1. अंतराल चरण:
जब बैक्टीरिया का एक इनोकुलम एक उपयुक्त ताजा संस्कृति के माध्यम में टीका लगाया जाता है, तो सामान्य लॉगरिदमिक विकास आमतौर पर तुरंत शुरू नहीं होता है; बल्कि यह समय की एक निश्चित चूक के बाद शुरू होता है। बैक्टीरिया के सामान्य लॉगरिदमिक विकास की शुरुआत और शुरुआत के बीच के समय की इस चूक को 'अंतराल चरण' कहा जाता है।
इस अवधि के दौरान, जीवाणु नए संस्कृति के माध्यम के नए वातावरण में परिवर्तन करते हैं, जो पर्यावरण के समान नहीं है, जिससे इसे लिया गया है। इस चरण में, जीवाणु बाइनरी विखंडन द्वारा विभाजन के माध्यम से बहुत धीरे-धीरे बढ़ता है। इसलिए, वृद्धि वक्र में, अंतराल चरण थोड़ा ऊपर की ओर ढलान करता है।
एक अंतराल चरण आमतौर पर नहीं होता है, अगर इनोकुलम को तेजी से बढ़ती संस्कृति से लिया जाता है और उसी के समान एक ताजा संस्कृति के माध्यम से टीका लगाया जाता है, जिससे विकास की समान परिस्थितियों में इसे लिया और बनाए रखा जाता है।
2. लॉग चरण (घातीय चरण):
इस अवधि के दौरान, जीवाणु एक लघुगणक (घातीय) तरीके से सबसे तेज दर से बढ़ता है। इस चरण के दौरान अधिकतम वृद्धि होती है। सृजन का समय और वृद्धि दर लगभग स्थिर रहती है। इसलिए, वृद्धि वक्र में, लॉग चरण अंतराल चरण के अंत से एक तेज वृद्धि दर्शाता है।
3. स्थिर चरण:
स्थिर चरण में, संस्कृति में कोशिकाओं की संख्या लगभग स्थिर रहती है। एक अनिश्चित घातीय वृद्धि असंभव है और इसकी तुलना एक गरीब भिखारी की कहानी के साथ की जा सकती है जो एक साधारण भिक्षा माँगकर राजा को मूर्ख बनाता है; एक के साथ शुरू होने वाले एक साल के लिए हर दिन मैच डबल चिपक जाता है। (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072, 262144, 5 24288, 1048576, 2097152, 4194304, 8388608, 16777216, 3354432, 644, 326)। 13417728, 26835456, 53670912, ………………… .. केवल एक महीने में)।
यह भी गणना की गई है कि एक जीवाणु का वजन केवल 10 -12 ग्राम होता है और 20 मिनट का समय होता है, अगर 48 घंटे के लिए तेजी से बढ़ता है, तो पृथ्वी के वजन का लगभग 4000 गुना वजन का उत्पादन होगा।
घातीय वृद्धि अनिश्चित काल तक जारी नहीं रहती है और कुछ कारणों से कुछ समय के बाद समाप्त हो जाती है: क) संस्कृति का माध्यम इतना अधिक आबादी वाला हो जाता है कि, इसमें मौजूद आवश्यक पोषक तत्वों का उपयोग किया जाता है और कुछ समय बाद अनुपलब्ध हो जाता है और बी) अधिक जनसंख्या के कारण बैक्टीरिया द्वारा उत्पादित विषाक्त अपशिष्ट मेटाबोलाइट्स निरोधात्मक स्तरों तक जमा होते हैं।
ये संस्कृति में बैक्टीरिया कोशिकाओं की मृत्यु की शुरुआत का कारण बनते हैं। यद्यपि बाइनरी विखंडन और विकास द्वारा कोशिकाएं असंबद्ध होती रहती हैं, लेकिन उत्पादित कोशिकाओं की संख्या लगभग मरने वाली कोशिकाओं की संख्या के बराबर होती है। यह स्थिर चरण की ओर जाता है।
4. अस्वीकार चरण (मृत्यु चरण):
इस चरण में, संस्कृति में बैक्टीरिया कोशिकाओं की संख्या कम हो जाती है। जैसे-जैसे अधिक से अधिक विषैले मेटाबोलाइट्स माध्यम में जमा होते जाते हैं, अधिक से अधिक कोशिकाएँ मरने लगती हैं। इससे उत्पादन की तुलना में अधिक कोशिकाएं मर रही हैं। नतीजतन, कोशिकाओं की संख्या कम हो जाती है। मृत्यु चरण भी घातीय रूप से होता है (लघुगणक), लेकिन घातीय वृद्धि चरण की तुलना में बहुत धीमी दर पर।
