Мейоз
Существует легенда о том, что природа создает 8 одинаковых людей и расселяет их по миру, чтобы хотя бы один из них выжил. А их встреча приводит к сбою системы и неминуемой гибели одного из них. Конечно, это все из раздела фантастики. Возможно, вы когда-то задумывались, почему нет абсолютно одинаковых людей, за исключением близнецов. Даже братья и сестры, имеющие одних родителей отличаются внешне. Данная статья поможет раскрыть эту тайну.
Понятие мейоза
Мейоз — это способ деления ядра клеток, в результате которого происходит уменьшение числа хромосом так, что из каждой пары гомологичных хромосом дочерняя клетка получает только одну хромосому.
Мейоз — это основа для такого процесса, как размножение. У представителей царства Животные, благодаря мейозу, образуются половые клетки, у высших растений — споры, а у грибов и водорослей — клетки мицелия или таллома, формируемые из зиготы.
В тестовых заданиях ОГЭ и ЕГЭ часто встречается вопрос о том, в каких именно клетках живых организмов происходит процесс мейоза.
В каких клетках происходит мейоз:
1) клетках крови птицы
2) меристемы пшеницы
3) половых желез мыши
4) мышцах человека
В данном случае правильный ответ — 3. И секрет успешного ответа очень прост — достаточно знать, что мейоз всегда приводит к образованию клеток, участвующих в размножении, и всегда сопровождается уменьшением числа хромосом.
Перед делением клетка вступает в подготовительную стадию — интерфазу. В ней выделяют следующие периоды:
| G1-период | Происходит рост клетки, синтез (образование) необходимых органоидов и веществ. |
| S-период | Каждая хроматида (из которых состоят хромосомы) копируется. Число хромосом остается прежним, но каждая из них состоит из двух идентичных сестринских хроматид, соединяющихся в области центромер. Этот процесс называется репликация — процесс удвоения хромосом. Соответственно, количество цепей ДНК также увеличивается вдвое. |
| G2-период | Продолжается рост клетки и синтез веществ. |
Клетка, которая непосредственно вступает в процесс деления, — диплоидная с удвоенным количеством ДНК — 2n4c.
Более подробно обо всех процессах, происходящих во время интерфазы, вы можете прочитать в статье «Митоз», так как интерфаза перед митозом и мейозом происходит идентично.
После того как клетка завершит подготовку к делению, она приступает к самому делению.
Мейоз состоит из двух делений: первое редукционное, в котором число хромосом и молекул ДНК уменьшается вдвое, и второе — эквационное, во время которого число хромосом сохраняется, а количество ДНК уменьшается вдвое.
Первое деление мейоза (редукционное)
| Фаза | Процессы |
| Профаза I 2n4c | |
Лептотена  | Хромосомы очень тонкие. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Визуально хромосомы неразличимы. |
Зиготена | В клетке происходит конъюгация. Во время этого процесса гомологичные хромосомы узнают друг друга и соединяются. |
Гомологичные хромосомы — это пара хромосом (одна материнская, другая отцовская), которые имеют один и тот же набор генов.
Кроссинговер — процесс, в ходе которого гомологичные хромосомы обмениваются участками.
К противоположным полюсам клетки расходятся хромосомы. Каждая хромосома удвоена и состоит из двух сестринских хроматид.
Второе деление мейоза (эквационное)
Интерфаза между первым и вторым делениями короткая, в ней не происходит репликации ДНК, и каждая хромосома содержит по две сестринские хроматиды.
Дальше процессы деления будут проходить в двух образовавшихся клетках параллельно. Обратите, пожалуйста, внимание, дальше мы будем говорить только про одну из них.
Разница между митозом и мейозом
Эту иллюстрацию можно распечатать и поместить в рамочку на своем столе, так как она идеально отражает отличия митоза от мейоза. На экзамене часто в заданиях разной степени сложности попадаются вопросы об этом. Итак, важное отличие митоза от мейоза:
- В итоге митоза образуется две дочерние диплоидные (с количеством хромосом, характерным для любой особи данного вида) клетки, полностью идентичные материнской. На рисунке они такие же фиолетовые с 46 хромосомами, как и материнская.
- В итоге мейоза образуется четыре дочерние клетки с гаплоидным набором хромосом (половина от диплоидного). При этом в процессе кроссинговера и независимого расхождения в них произошло изменение генетической информации. Поэтому на рисунке каждая из них отличается цветом и числом хромосом от материнской.
Во всех вариантах ЕГЭ обязательно присутствуют задания на определение количества хромосом в той или иной фазе митоза или мейоза. Ниже приведены примеры таких заданий относительно мейоза и их решения.
Пример 1.
В клетках слизистой оболочки желудка позвоночного животного 24 хромосомы. Определите количество хромосом в профазе мейоза 2 при образовании гамет? В ответ запишите только соответствующее число.
Решение.
В профазе второго деления клетки набор хромосом — n2c, так как во время телофазы первого деления количество хромосом уменьшилось вдвое. Здесь нужно вспомнить, что клетки слизистой оболочки желудка соматические, а это значит, что они диплоидные 2n2c (n — число хромосом, c — число ДНК). Следовательно, необходимо количество хромосом уменьшить вдвое.
Пример 2.
Соматические клетки лошади содержат 40 хромосом. Определите количество хромосом и молекул ДНК в ядре при образовании гамет перед началом деления и в конце телофазы мейоза II?
Решение.
В соматических клетках двойной набор хромосом 2n2c — 40 хромосом и 40 молекул ДНК.
В интерфазе, перед началом деления, проходит репликация ДНК, генетический набор 2n4с — 40 хромосом и 80 молекул ДНК.
В конце телофазы мейоза II набор nc — 20 хромосом и 20 молекул ДНК.
Ответ: перед началом деления — 40 хромосом и 80 молекул ДНК, в конце телофазы мейоза II — 20 хромосом и 20 молекул ДНК.
Биологическое значение мейоза
- Мейоз дает возможность образовывать гаметы у животных и споры у большинства растений и грибов.
- Результатом мейоза является уменьшение количества хромосом вдвое. Благодаря этому, сохраняется постоянство числа хромосом в поколениях.
- Во время мейоза происходит перетасовка генов — кроссинговер. Данная перетасовка — основа комбинативной изменчивости (о которой вы можете почитать в статье «Закономерности изменчивости») и разнообразия живого мира.
Только представьте, если бы этот процесс проходил иначе, тогда набор хромосом из поколения в поколение увеличивался бы вдвое. Например, у человека при оплодотворении сперматозоид, имеющий 46 хромосом, сливался бы с яйцеклеткой с таким же набором. Зародыш получил бы 92 хромосомы, а это только первое поколение!
Фактчек
- Мейоз — деление, в процессе которого из одной диплоидной (2n) клетки образуется 4 гаплоидные (n) клетки.
- Мейоз у животных происходит при формировании гамет. Мейоз у большинства растений и грибов происходит при образовании спор.
- Мейоз состоит из двух делений. Первое деление — редукционное: уменьшается плоидность клетки в результате расхождения гомологичных хромосом по двум разным дочерним клеткам. Второе деление — эквационное: как и при митозе, расходятся сестринские хроматиды.
- Мейоз является основой комбинативной изменчивости.
Проверь себя
Задание 1.
Когда происходит конъюгация хромосом?
Задание 2.
В какой фазе мейоза 1 происходит кроссинговер?
Задание 3.
В какой фазе мейоза биваленты расходятся по полюсам клетки?
Задание 4.
Каков набор хромосом и количество ДНК в начале первого деления мейоза?
Ответы: 1. — 1; 2. — 2; 3. — 3; 4. — 4.
Источник
Мейоз у животных и растений. Биологический смысл мейоза
Мейоз. Это такое деление эукореотных клеток, при котором дочерние клетки получают в 2-а раза меньше информации, чем было в материнской клетке, поэтому мейоз всегда включает в себя редукционное деление, приводящее к уменьшению кол-ва генетической информации. Мейоз у животных проходит перед образованием гамет, поэтому это организмы с генетической редакцией. Мейоз у растений проходит перед образованием спор, так как для всех растений характерной чертой является чередование поколений. Бесполое поколение участвует в образовании спор и всегда имеет двойной или диплоидный набор хромосом. Так как споры образуются в ходе мейоза, то для них характерен одинарный или гаплоидный набор хромосом. Из споры прорастает половое поколение, на котором за счёт митоза формируются яйцеклетки и сперматозоиды. Они сливаются, образуют зиготу, из которой прорастает бесполое поколение.Для некоторых простейших нормой жизни является гаплоидность, поэтому мейоз проходит после образования зиготы (зиготическая редукция).Таким образом мейоз необходим для образования спор и гамет, а также для сохранения генетической стабильности вида. Типичный мейоз включает в себя 2-а деления: эквационное (2), редукционное (1)
Перед редукционным делением проходит нормальная интерфаза. Между 1 и 2 делением интерфаза сильно сокращена, либо вообще отсутствует. В любом случае удвоение ДНК между этими делениями не происходит. Оба деления включают в себя все фазы. Профаза 1 Делится на несколько периодов: 1.Липтотена – в ходе этого периода ядерная оболочка сохраняется, хромосомы становятся более компактными. 2.Зиготена – начинается сближение гомологичных хромосом. Гомологичными называются хромосомы, сходные по форме, размеру, генетическому содержимому. Гомологичные хромосомы подходят друг к другу и начинается формирование пар или бивалентов. 3.Пахитена – гомологичные хромосомы объединяются в биваленты, таким образом, что находящиеся рядом сестринские хроматиды взаимодействуют друг с другом. Точка взаимодействия называется хиазмой .Кол-во хиазм может быть различным, но существуют правила. Образовавшиеся хиазмы тормозят формирование новых хиазм.(рис 1)
В хиазмах может происходить разрыв в нитях ДНК. Обмен участками между гомологичными хромосомами, а затем сшивание сахарофосфатного остова. Этот процесс получил название кроссинговер. Такой обмен участками между гомологичными хромосомами является основой комбинативной изменчивости. Таким образом, формирование бивалентов необходимо для осуществления процесса кроссинговера и также для нормального расхождения гомологичных хромосом к разным полюсам клетки в ходе анафазы 1. 4.Диплотена и диокинез – гомологичные хромосомы на этой стадии пытаются разойтись, однако их сдерживают хиазмы, которые в данном случае смещаются к теломерным участкам хромосомы и благодаря хиазмам биваленты сохраняются. Этот процесс получил название диокинеза. Практически всю профазу, включая диплотену, ядерная оболочка сохраняется. К концу профазы фрагментируются мембранные органоиды, фрагментируется оболочка ядра, и хромосомы оказываются в цитоплазме клетки в виде бивалентов. Формируются веретено деления, причём к каждому биваленту подходит кинетохорная нить только от одного из полюсов. Благодаря полимеризации этой нити биваленты начинают продвигаться по экватору клетки. Метафаза 1 В ходе метафазы биваленты выстраиваются по экватору клетки, таким образом, что гомологичные хромосомы одной пары лежат по разные стороны от экватора. Так как ориентация бивалентов относительно полюсов клетки произвольна, то возможно несколько вариантов расположения бивалентов друг относительно друга. Анафаза 1 Начинается расхождение гомологичных хромосом к разным полюсам клетки. Так как биваленты произвольно ориентировались относительно полюсов, то возможны различные варианты их расхождения и, следовательно, произвольная ориентация бивалентов в метафазе 1. Варианты расхождения гомологичных хромосом также является основой комбинативной изменчивости. Расхождение обеспечивает основной и дополнительный механизмы.Телофаза 1Около каждой клетки формируется полный набор цитоплазматических органоидов и свой ядерный аппарат. После телофазы проходит цитокинез, и образуется 2-е клетки. Причём кол-во хромосом и генетическая информация уменьшены в 2-а раза. 2-е клетки, которые образованы в ходе редукционного деления подвергаются эквационному делению, которое по своему механизму является типичным митозом. Результатом эквационного деления является образование 4-х клеток.(рис 2) В ходе анафазы 1 редукционного деления к каждому полюсу клетки закономерно показывает только гомологичная хромосома из пары. Поэтому после телофазы и цитокинеза каждая дочерняя клетка содержит только 1 гомологичную хромосому из пары, то есть в ходе редукционного деления кол-во хромосом и информации в дочерних клетках уменьшается. Поскольку в метафазе 1 существовали варианты в расположении хромосом, то изучены варианты расхождения гомологичных хромосом к разным полюсам. Это является основой комбинативной изменчивости .Биологический смысл мейоза Образование гамет или спор, Сохранение генетической стабильности вида, Основа комбинативной изменчивости за счёт процесса кроссинговера, либо за счёт произвольной ориентации бивалентов относительно полюсов клетки. Кроссинговер может наблюдаться в ходе митоза, как исключение в том случае, если гомологичные хромосомы сходятся и кньюгируют. Последствия имеет кроссинговер – появление крупных пигментных пятен и явление разноглазости.
Похожие материалы
Источник