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大肠杆菌是一种常见的单细胞原核生物，广泛存在于人和动物的肠道中。它具有典型的杆状结构，外围有细胞壁保护，内部含有遗传物质DNA，表面长有鞭毛用于运动。大肠杆菌通过二分裂的方式进行无性繁殖，这是一种简单而高效的繁殖方式。
DNA复制是细胞分裂的关键步骤。首先，DNA双螺旋结构解开，两条互补链分离。然后，每条原链作为模板，通过DNA聚合酶的作用合成新的互补链。这个过程是半保留复制，每个新的DNA分子都包含一条原链和一条新合成的链。最终形成两个完全相同的DNA分子，为细胞分裂做好准备。
细胞分裂的物理过程开始于分隔壁的形成。细胞壁和细胞膜从细胞中央开始向内收缩，逐渐形成一道完整的分隔壁。这个过程需要大量的能量和蛋白质参与。分隔壁将细胞完全分成两个独立的细胞室，每个细胞室都包含一套完整的遗传物质。最终，两个子细胞完全分离，各自成为独立的个体。
大肠杆菌的完整二分裂过程包括四个主要阶段。首先是母细胞的准备阶段，然后进行DNA复制，接着细胞开始物理分裂形成分隔壁，最后完全分离成两个相同的子细胞。在适宜的条件下，比如37摄氏度的温度、充足的营养和合适的pH值，整个繁殖周期大约需要20分钟。这种高效的繁殖方式使得大肠杆菌能够快速增殖。
大肠杆菌的繁殖遵循典型的指数增长模式。从一个细胞开始，每经过一个繁殖周期，细胞数量就会翻倍。这种增长可以用数学公式N等于2的t次方来表示，其中N是细胞数量，t是代数。在理想条件下，仅仅100分钟内，一个细胞就能繁殖成32个细胞。如果继续下去，24小时内可以产生超过1600万个个体，这展示了微生物惊人的繁殖能力。