Las bacterias nos rodean por todas partes, aunque no seamos capaces de verlas. Estos microorganismos son esenciales para la vida en todos los ecosistemas terrestres, ya que son vitales en procesos biogeoquímicos como la descomposición de materia orgánica, la realización del ciclo del nitrógeno, la producción de oxígeno (bacterias fotosintéticas) y otras muchas cosas más.
Vamos más allá, pues se estima que las bacterias aportan el 15% de la biomasa terrestre total (70 gigatoneladas), solamente superadas por las plantas. Además de estar en todas las superficies habitables, estos seres vivos también viven en nuestro interior: nuestro colon contiene 1014 unidades bacterianas, que nos ayudan a descomponer materia de origen vegetal, previenen la infección de otros microorganismos de forma activa y posibilitan el desarrollo del sistema inmune durante nuestros primeros pasos como seres humanos.
Todas estas cifras y datos son apasionantes, pero no queremos quedarnos en ellos. Para conocer la importancia de las bacterias en el mundo, es necesario investigar su modo de vida, y qué menos que describir su reproducción para averiguar cómo se mantienen estables las colonias bacterianas a lo largo del tiempo. Con base en esta premisa tan interesante, te lo contamos todo sobre la fisión binaria.
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¿Qué es la fisión binaria?
La fisión binaria es un tipo de reproducción asexual que se lleva a cabo en bacterias y arqueas, es decir, organismos microscópicos procariotas. Antes de continuar, debemos asentar una serie de bases en lo que a la reproducción se refiere.
Hemos dicho que estamos ante un tipo de reproducción asexual, cuya premisa es básicamente la misma que la de la mitosis en organismos pluricelulares. Nuestras células somáticas (de los tejidos) se dividen por este mecanismo, es decir, la división de una célula parental en dos hijas con la misma forma, tamaño e información genética. De todas formas, la mitosis y la fisión presentan una serie de diferencias ,muy importantes.
A grandes rasgos, es esencial destacar que la mitosis es única en organismos con más de una célula. Este mecanismo de división celular tiene como finalidad aumentar o reemplazar las células de un tejido y, por tanto, se utiliza para el crecimiento, desarrollo y reparación de los órganos que nos componen. Por otro lado, la fisión binaria sigue una premisa mucho más sencilla: donde antes había una bacteria, ahora existen dos.
Por esta razón, la fisión binaria es un tipo de reproducción asexual que solo se concibe en organismos procariotas, es decir, aquellos que solo están compuestos por una célula (bacterias y arqueas, en este caso). Si se observase en un organismo pluricelular, estaríamos ante un caso de mitosis. Así de simple.
Pasos de la fisión binaria
La mayoría de bacterias se reproducen por fisión binaria, ya que este mecanismo provoca un aumento exponencial de ejemplares en una colonia. Donde antes había un microorganismo pasan a haber dos, luego cuatro, luego ocho, luego 16, 32, 64, 128, etc. Para que te hagas una idea, la bacteria E. coli en condiciones óptimas se puede dividir por fisión una vez cada 20 minutos. Como podrás imaginar, en 24 horas el número de unidades bacterianas es inconcebible con esta tasa reproductiva.
A continuación, te presentamos de forma somera cada una de las etapas en las que se divide la fisión binaria. Seguro que muchos de los mecanismos aquí recogidos te suenan, pues son muy similares a los de la mitosis. Vamos a ello.
1. Replicación del ADN
Para que una bacteria pueda dividirse en dos iguales, debe ser capaz de autorreplicar su información genética. Muchos de los microorganismos estudiados tienen un solo cromosoma circular en su nucleoide (a diferencia de los 46 en el núcleo de las células humanas), así que tomaremos esta regla general como referencia.
El cromosoma bacteriano es de forma inherente un replicón, ya que este término hace referencia a una unidad de información genética que contiene todos los elementos necesarios para llevar a cabo el proceso de replicación. Este conglomerado de ADN se replica en un único origen, que se mueve linealmente hasta completar la duplicación total de toda la molécula.
No nos vamos a detener en procesos complejos como las estructuras implicadas, la horquilla de replicación y otros. Nos basta con saber, en este caso, que las enzimas que posibilitan este mecanismo se conocen como ADN polimerasas y que se trata de un proceso semiconservativo, es decir, cada nueva molécula formada contiene una hebra de ADN antigua y una nueva.
2. Segregación cromosómica
En la mitosis normal, los cromosomas se colocan en el Ecuador de la célula de forma aleatoria, esperando a ser “tirados” por el huso mitótico a cada polo extremo del cuerpo celular. En la meiosis (que da lugar a los gametos) este momento es verdaderamente importante, pues las permutaciones cromosómicas en el ecuador celular pueden resultar en miles de combinaciones diferentes en lo que a la distribución genética se refiere.
En este caso, la cosa es mucho menos apasionante, pues solo tenemos dos cromosomas producto de la replicación de uno. Los dos cromosomas se mueven y se segregan a cada polo del citoplasma de la bacteria, sin mayor complicación.
3. Separación
A medida que cada cromosoma viaja a un polo, la membrana de la bacteria se va invaginando hasta formar un septo, también conocido como pared de división, dentro de la célula. Cuando el septo se divide, ambas bacterias con la correspondiente información genética se convierten en entidades individuales capaces de sobrevivir de forma autónoma.
El significado evolutivo de la fisión binaria
Es necesario destacar que existen varios tipos de fisión binaria dependiendo del plano de división (regular, ameboide, transversa, oblicua, etc.), pero no queremos centrarnos en terminología técnica. A modo de cierre, vemos mucho más interesante explorar el por qué de este mecanismo tan sencillo como esencial.
La clave de la fisión binaria bacteriana se puede englobar en un solo concepto: liberación logarítmica. Este término hace referencia a la segunda fase del crecimiento bacteriano, tras la habituación de los microorganismos al nuevo medio en el que son introducidos. Durante esta etapa, se observa un aumento en la curva de crecimiento bacteriano de forma exponencial, es decir, cuantas más bacterias hallan en la población inicial, más se podrán dividir.
Cabe destacar que la pendiente de la función logarítmica depende de las condiciones del medio, pues no es lo mismo crecer en un lugar caliente y recogido que hacerlo en el polo norte. De todas formas, la estabilización del crecimiento (paso a la fase estacionaria o “meseta”) se ve condicionada por la disponibilidad de nutrientes: las bacterias dejan de dividirse cuando ya no hay medios para sobrevivir.
Este es un claro ejemplo de una estrategia de “cantidad por encima de calidad”. Todas las bacterias son genéticamente iguales a la progenitora (pues la fisión binaria es un tipo de reproducción asexual), así que su capacidad de adaptación es la misma, ¿o no? Para entender el éxito de la fisión binaria, también debemos tener en cuenta que la tasa de mutación del genoma bacteriano es muy alta.
Por ello, no siempre se asegura que una generación bacteriana vaya a ser igual a la anterior, algo tremendamente beneficioso para la capacidad adaptativa de estos microorganismos. Las mutaciones son aleatorias, así que algunas pueden ser malas y otras buenas, pero la diferencia clave es que las buenas se fijan en la población, mientras que las negativas desaparecen.
Así pues, cuanto más rápido se divida una población bacteriana, más posible es que aparezca una mutación que permita una mejor adaptación al medio. Sobre este fundamento se basa la existencia de los microorganismos resistentes a antibióticos: la fisión binaria y el crecimiento de las poblaciones bacterianas les otorgan la capacidad de volverse resistentes hasta a los fármacos más específicos.
Resumen
Como has podido ver, todo en la naturaleza tiene una explicación, exceptuando casos excepcionales. La fisión binaria es una estrategia reproductora igual de válida que la reproducción sexual para los organismos procariotas, pues estos obtienen la variabilidad genética necesaria para adaptarse a partir de mutaciones en su genoma, y no mediante la unión de un gameto femenino y otro masculino (como ocurre en nuestra especie).
Al final del día, todo proceso evolutivo se puede resumir en la siguiente frase: los seres vivos hacen lo que pueden con lo que tienen. Puede que el mecanismo de fisión binaria no sea perfecto, pero desde luego ha permitido la permanencia y expansión de estos microorganismos en la Tierra durante siglos.
Referencias bibliográficas:
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- Fisión binaria, Khan Academy. Recogido a 25 de marzo en https://es.khanacademy.org/science/biology/cellular-molecular-biology/mitosis/a/bacterial-binary-fission
- Margolin, W. (2014). Binary Fission in Bacteria. eLS.
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