Всеки знае, че при половото размножаване възниква нов организъм в резултат на сливането на две гамети (полови клетки). Гаметогенезата или образуването на генеративни клетки се осъществява чрез специфично деление, наречено мейоза. Каква е същността на този процес, какви са неговите етапи, ще разкажем в тази статия.
Малко общи познания
За повечето хетеросексуални организми на нашата планета сексуалното размножаване е характерно. В този случай гаметите имат половин хромозомен набор, който се нарича хаплоиден (n). В резултат на сливането на гамети се образува зигота, в която се възстановява диплоидията и наборът от хромозоми се обозначава 2n, което е същността на мейозата (накратко).
Например, Drosophila (плодова муха) има само 4 хромозоми - това е диплоиден набор. Гаметите в нейното ядро имат само 2 хромозоми. При хората във всяка клетка в ядрото има 46 хромозоми, а в гаметите (яйцеклетка и сперма) - по 23.
Новъзстановяването на диплоидията по време на сексуално размножаване е само малка част от същността на мейозата.
Хромозоми и хроматиди
За да разберете следния материал, важно е да разберете разликата между двете.
Хромозомите (използва се обозначението n) се наричат носители на генетичен материал, но просто това са ДНК молекули (дезоксирибонуклеинова киселина), умножено спирализирани и разположени в ядрото на клетките на еукариотите (имащи ядро с мембранна обвивка) организми. Във вида, в който сме свикнали да ги виждаме в учебниците и справочниците (снимката по-горе показва човешки хромозоми), те стават забележими само по време на интерфаза, преди клетъчното делене, когато вече са се удвоили.
Но хроматидите (означени с) - това е само структурната част на хромозомата, която вече е преминала през процеса на репликация (удвояване) в интерфазата преди клетъчното делене. Хроматидата е едно от двете копия на ДНК, които са свързани в този момент чрез специално стеснение (центромер).
Докато две хроматиди са свързани с центромер, те се наричат сестрински хроматиди. И само по време на половото делене на клетките (мейоза) те се отделят и представляват независими единици от наследствен материал и ако между тях е настъпило кръстосване (повече за това по-късно), те са претърпели промени в генната последователност.
Всички хромозоми са различни по форма и размер в рамките на една хомоложна (идентична) двойка. Целият набор от хромозоми в клетки от един и същи вид се нарича кариотип. И така, при хората кариотипът е 46 хромозоми,от които 22 двойки са хомоложни или автозоми, а 23 двойки са полови хромозоми (X и Y). В човешките гамети (сперма и яйцеклетка) има половин (хаплоиден) набор от хромозоми - 23 автозоми и 1 полова хромозома (X или Y).
Просто мейозата осигурява такъв набор в гаметите.
Специално клетъчно разделение
Специфично деление с образуване на зародишни клетки - мейоза (от гръцката дума Μείωσις, което означава намаляване) е съвкупност от две последователни клетъчни деления, в резултат на което ядрото се дели два пъти, а хромозомите само веднъж. Поради това се наблюдава намаляване (намаляване) на хромозомния набор в гаметите наполовина, което при сливането им възстановява диплоидията на зиготата. Това е неговото биологично значение.
Мейоза (нейните фази) във всички живи организми протича по същия начин:
- Първото деление (редукция), след което броят на хромозомите се намалява наполовина.
- Второто деление (уравнено) се случва като просто деление (митоза). Нарича се още изравняване.
Първа мейотична дивизия
По време на подготовката на клетка за делене (интерфаза) в ядрото, броят на хромозомите се удвоява (има 4 n), което е характерно за клетките, които се делят чрез просто делене (митоза). В клетките на предшествениците на гаметите (при хора, сперматоцити и ооцити) такова удвояване не се случва в интерфазата и клетката започва мейоза с набор от 2n хромозоми и преминаваследните стъпки:
- Профаза I. На този етап хромозомите стават по-плътни и по-близо една до друга. Настъпва конюгиране (адхезия) на хомоложни хромозоми (една двойка), по време на което настъпва кръстосване. Този процес е характерен само за мейозата (каква е същността, ще опишем по-долу). След това хромозомите се разделят, обвивката на клетъчното ядро се разрушава и започва да се образува делителното вретено.
- Метафаза I. Влакната на вретеното се прикрепят към центромерите на хромозомите и самите те са разположени по екватора на разделяне един срещу друг, а не по една и съща линия (както при митоза).
- Анафаза I. Нишките на шпиндела разтягат хромозомите до полюсите. Накратко, значението и същността на мейозата се крие в тази фаза на делене - полюсите имат n хромозоми.
- Телофаза I. На този етап се образуват ядрени обвивки. При животните и някои растения се извършва по-нататъшно разделяне на цитоплазмата и се образуват две дъщерни клетки.
Образуваните клетки влизат в интерфаза, която е или много кратка, или липсва.
Второ мейотично деление
Мейоза II има същите фази:
- Профаза II. Хромозомите стават по-плътни, ядрените мембрани изчезват и вретено на делене започва да се появява (снимката по-горе).
- По време на метафаза II, образуването на вретеното продължава и хромозомите са разположени по екватора на деленето.
- Анафаза II. Хромозомите се разтягат до полюсите на клетката (снимката по-долу).
- Телофаза II. Образуват се ядрени мембрани, между които се разделя цитоплазматадве клетки.
При това деление броят на хромозомите не се променя, но всяка от тях се състои само от една хроматида (структурна единица). Това е същността на мейоза II. Клетките се образуват с хаплоиден набор от хромозоми във всяка (n).
Биологично значение на мейозата
Какво е, вече стана ясно:
- Мейозата е перфектен механизъм, който осигурява постоянството на кариотипа (броя на хромозомите) на вид, който е присъщ на сексуалното размножаване.
- Поради две последователни деления на мейозата, броят на хромозомите в гаметите става хаплоиден и става логично да се възстанови диплоидията, когато се слеят (оплодят) с образуването на зигота с оригиналния диплоиден кариотип.
- Мейозата осигурява такова свойство на организмите като променливост. В профаза I - поради кръстосване, а в анафаза I - поради факта, че хомоложни хромозоми с различни гени могат да се озоват в различни гамети.
Какво е кросоувър
Да се върнем към профаза I на мейозата. Точно в този момент, когато хомоложните хромозоми са се приближили и почти залепнали заедно, може да се случи обмен между тях на всяко място. Именно този обмен се нарича crossing over, което буквално в превод от английски (crossing over) означава пресичане или пресичане.
С други думи, една част от една хромозома може да разменя местата със същата част от друга хромозома от същата двойка. Този механизъм осигурява рекомбинативна генетична вариабилност на организмите. разбъркванегените води до увеличаване на биоразнообразието в рамките на един вид.
Жизнен цикъл и мейоза
В зависимост от това кой етап от жизнения цикъл настъпва мейозата, в биологията има три вида мейоза:
- Начално (зигота) се появява веднага след оплождането в зиготата. Този тип мейоза е типичен за организми с преобладаване на хаплоидната фаза в жизнения цикъл. Това са гъби (аскомицети и базидомицети), някои водорасли (хламидомонас), протозои (sporozoa).
- Междинна (спорова) мейоза възниква по време на образуването на спори в организмите с равномерно редуване на диплоидни и хаплоидни форми. Това са висши спори (мъхове, клубни мъхове, хвощ, папрати), голосеменни и покритосеменни растения. Сред животните този тип мейоза е характерен за морските протозои foraminifera.
- Окончателната (гаметична) мейоза е присъща на всички многоклетъчни животни, водорасли фукус и някои протозои (реснички). При тези организми диплоидната фаза преобладава в жизнения цикъл и само гаметите имат хаплоиден набор от хромозоми.
Обобщаване
Учениците се запознават със същността на мейозата в 6. клас при изучаване на протозои, водорасли и преминаване към изучаване на растителна биология. Тази ключова концепция на общата биология и механизмите на образуване на зародишни клетки (гамети) ни позволява да разберем общото на целия живот на нашата планета, да разберем различните жизнени цикли на растенията и животните.
В допълнение, мейозата трябва да бъдемса благодарни за вътрешновидовото разнообразие на биологичния вид Homo sapiens. По време на изучаването на биология в следващите класове учениците продължават да изучават фазите на половото деление, а когато се запознаят с генетиката, законите на наследствеността и променливостта.
Изучаването на механизмите на различните клетъчни деления ни позволява да разберем уникалността и целесъобразността на природните закони, които са се формирали в продължение на милиарди години еволюция на една-единствена планета от Слънчевата система. И имахме късмета да се родим на него.
