Размножение клеток: Мейоз
Библиографическая ссылка для цитирования: Сазонов В.Ф. Размножение клеток: Мейоз. [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2021: [сайт]. Дата обновления: 28.04.2021. URL: http://kineziolog.su/content/razmnozhenie-kletok-meyoz (дата обращения: __.__.20___). ___________Мейоз, стадии. Гаметогенез.
Мейоз
Определение понятия
Мейоз — это особое двойное деление клеток, происходящее с уменьшением набора хромосом с двойного диплоидного до одинарного гаплоидного, при котором хромосомы правильно распределяются на четыре дочерние клетки. © 2015-2021 Сазонов В.Ф. © 2015-2021 kineziolog.su .
Обычный результат мейоза у животных — гаметы, т.е. половые клетки с одинарным гаплоидным набором хромосом вместо двойного диплоидного, характерного для соматических (телесных) клеток. Но вот у растений результатом мейоза являются не гаметы, а споры. Хотя и в этом случае у спор получается гаплоидный набор хромосом. Т.е. мейоз приводит к гаплоидности.
Например, именно для этого используется процесс мейоза у мхов. Путём мейоза диплоидные формы мхов производят гаплоидные споры. Разумеется, споры не являются половыми клетками, но смысл мейоза даже у мхов остаётся стандартным: это двойное деление диплоидной клетки, приводящее к образованию четырёх гаплоидных клеток (только в данном случае спор, а не гамет). Споры не могут участвовать в оплодотворении, они должны вначале вырасти во взрослое растение (гаплоидное), которое и произведёт половые клетки (путём митоза, а не мейоза).
Так что у мхов половые клетки (гаметы) производятся гаплоидными взрослыми растениями из уже гаплоидных соматических клеток, поэтому у них сперматозоиды и яйцеклетки образуются в результате митоза, а не мейоза.
Итак, у растений: мейозом производятся споры, а митозом — гаметы (половые клетки). Т.е. растения применяют мейоз и митоз «наоборот» по сравнению с животными.
Образно можно сказать, что мейоз — «решительный» процесс! Он начинает решать стоящую перед ним задачу сразу же, т.е. уже в профазе первого деления из двух. И эта задача — образование одинарного набора хромосом из двойного. Ниже написано, что именно происходит в профазе 1.
Для того чтобы получить одинарный набор хромосом вместо двойного, в мейозе проходит два деления подряд. Причём главная задача — получение одинарного хромосомного набора вместо двойного — решается уже в первом делении. Распределяются по двум дочерним клеткам не «половинки» хромосом, как это происходит при митозе, а парные гомологичные хромосомы. Поэтому первое деление мейоза так и называется — редукционное, т.е. сокращающее, потому что оно сокращает хромосомный набор в два раза. Второе деление мейоза (эквационное) решает второстепенную задачу — разделяет каждую хромосому на 2 сестринские хроматиды и равномерно распределяет эти хроматиды на 2 клетки.
Как легче понять и запомнить формулы, обозначающие количественные показатели хромосомного набора на разных фазах мейоза?
Расшифровка формул хромосомного набора
1n — одинарный набор хромосом (1 — одинарный, n — набор)
2n — двойной набор хромосом (2 — двойной, n — набор)
Рис. Схема мейоза. Обратите внимание на то, что поведение хромосом уже в самом начале, в профазу 1-го деления, сильно отличается от поведения хромосом в митозе. Уже в профазу 1 каждая хромосома находит себе пару (похожую на неё гомологичную хромосому) и сцепляется с ней. Получаются хромосомные «сцепки», состоящие из четырёх хроматид — тетрады. Количество тетрад равно гаплоидному набору хромосом. В метафазу 1 на экваторе клетки выстраиваются не отдельные хромосомы, как в митозе, а тетрады. Далее, в анафазу 1, расходятся в разные стороны не хроматиды, а гомологичные хромосомы. Источник изображения: http://biofile.ru/bio/20033.html
Стадии профазы 1
Запоминалка для стадий профазы I мейоза:
«Лето знойное пышет двойной духотой».
Лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез.
1. Лептотена (тонкие нити). Хромосомы слабо конденсированы, поэтому они тонкие и плохо заметны. Они уже удвоенные после прошедшего в интерфазе синтетического периода, и каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Но эти сестринские хроматиды настолько сближены, что хромосомы имеют вид одиночных тонких нитей. Теломеры хромосом всё ещё прикреплены к ядерной мембране.
2. Зиготена (попарно слипшиеся нити). Начинается самое главное событие для всего мейоза — гомологичные хромосомы объединяются в пары. Это важнейший шаг для перехода от диплоидного (двойного) набора хромосом к гаплоидному (одинарному). Например, у человека после слипания гомологичных хромосом вместо 46 отдельных хромосомных образований теперь можно будет насчитать всего 23, что соответствует не диплоидному, а гаплоидному набору, хотя хромосом по-прежнему 46 и их комплект в клетке по-прежнему диплоидный. Обратите внимание на то, что этот процесс объединения гомологичных хромосом отсутствует в митозе. Итак, происходит конъюгация (слипание) гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют «бивалент» («би-» означает «двойной»), или «тетрада» («тетра» означает «четыре» ). Каждый двойной хромосомный бивалент состоит из четырёх хроматид, поэтому одновременно он является хроматидной тетрадой. Начинается распад ядерной оболочки на фрагменты, центриоли расходятся к разным полюсам клетки, образуется веретено деления, исчезают ядрышки. Продолжается конденсация (уплотнение) двухроматидных хромосом, находящихся уже в виде бивалентов. Кстати, именно на стадии зиготены созревающие мужские половые клетки перемещаются сквозь слой гемато-тестикулярного барьера, созданный сплошными отростками поддерживающих клеток (сустентоцитов), и становятся забарьерными структурами. Они попадают во внутренний отдел семенных канальцев, отделённый от остальных тканей организма и защищённый от действия иммунной системы, что позволяет им вырабатывать белки, являющиеся антигенами для собственного организма.
3. Пахитена (толстые пухлые нити). Процесс спирализации хромосом продолжается, причем в гомологичных хромосомах он происходит синхронно. Становится хорошо заметно, что хромосомы двухроматидные. Важнейшим событием пахитены является кроссинговер – обмен участками между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом. Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов.
4. Диплотена (двойные нити). Хромосомы в бивалентах перекручиваются и начинают отталкиваться друг от друга. Процесс отталкивания начинается в области центромеры и распространяется по всей длине бивалентов. Однако они все еще остаются связанными друг с другом в некоторых точках. Их называют хиазмы. Эти точки появляются в местах кроссинговера.
5. Диакинез (раздвижение, раздвоение). Хромосомы максимально укорачиваются и утолщаются за счет спирализации хроматид, ядерная оболочка почти полностью разрушена. Происходит сползание хиазм к концам хроматид.
Видео: Мейоз поподробнее
Видео: Мейоз у растений и животных
Гаметогенез
Гаметогенез (образование гамет — половых клеток) — это более широкое понятие, чем мейоз (хотя мейоз — это тоже образование половых клеток). Но в дополнение к процессу мейоза (т.е. деления клеток) гаметогенез включает в себя также процесс дифференцировки половых клеток, т.е. их преобразование и формирование зрелых гамет. Для обозначения разных стадий дифференцировки половых клеток используют особые термины.
Образование гамет происходит не совсем одинаково в женском и мужском организме.
Сперматогенез — это «мужской» вариант гаметогенеза, образование сперматозоидов.
Овогенез (=оогенез) — это «женский» вариант гаметогенеза, образование яйцеклеток.
testis.jpg
Рис. 1: Сперматогенез
Рис. 2. Сперматогенез.
Рис. Овогенез (оогенез).
Источник
Мейоз
Половое размножение животных, растений и грибов связано с формированием специализированных половых клеток. Мейоз — особый тип деления клеток, в результате которого образуются половые клетки. В отличии от митоза, при котором сохраняется число хромосом, получаемых дочерними клетками, при мейозе число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое. Процесс мейоза состоит из двух последовательных клеточных делений — мейоза I (первое деление) и мейоза II (второе деление). Удвоение ДНК и хромосом происходит только перед мейозом I. В результате первого деления мейоза, называемого редукционным, образуются клетки с уменьшенным вдвое числом хромосом. Второе деление мейоза заканчивается образованием половых клеток. Таким образом, все соматические клетки организма содержат двойной, диплоидный (2n), набор хромосом, где каждая хромосома имеет парную, гомологичную хромосому. Зрелые половые клетки имеют лишь одинарный, гаплоидный (n), набор хромосом и соответственно вдвое меньшее количество ДНК.
Фазы мейоза
Во время профазы I мейоза двойные хромосомы хорошо видны в световой микроскоп. Каждая хромосомы состоит из двух хромотид, которые связаны вместе одной центромерой. В процессе спирализации двойные хромосомы укорачиваются. Гомологичные хромосомы тесно соединяются друг с другом продольно (хроматида к хроматиде), или, как говорят, конъюгируют. При этом хроматиды нередко перекрещиваются или перекручиваются одна вокруг другой. Затем гомологичные двойные хромосомы начинают как бы отталкиваться друг от друга. В местах перекреста хроматид происходят поперечные разрыва и обмены их участками. Это явление называют перекрестом хромосом. Одновременно, как и при митозе, распадется ядерная оболочка, исчезает ядрышко, образуются нити веретена. Отличие профазы I мейоза от профазы митоза состоит в конъюгации гомологичных хромосом и взаимном обмене участками в процессе перекреста хромосом. Характерный признак метафазы I — расположение в экваториальной плоскости клетки гомологичных хромосом, лежащих парами. Вслед за этим наступает анафаза I, во время которой целые гомологичные хромосомы, каждая состоящая из двух хроматид, отходят к противоположным полюсам клетки. Очень важно подчеркнуть одну особенность расхождения хромосом на этой стадии мейоза: гомологичные хромосомы каждой пары расходятся в стороны случайным образом, независимо от хромосом других пар. У каждого полюса оказывается вдвое меньше хромосом, чем было в клетке при начале деления. Затем наступает телофаза I, во время которой образуются две клетки с уменьшенным вдвое числом хромосом.
Интерфаза короткая, так как синтеза ДНК не происходит. Далее следует второе мейотическое деление (мейоз II). Оно отличается от митоза только тем, что количество хромосом в метафазе II вдвое меньше, чем количество хромосом в метафазе митоза у того же организма. Поскольку каждая хромосома состоит из двух хроматид, то в метафазе II центромеры хромосом делятся, и к полюсам расходятся хроматиды, которые становятся дочерними хромосомами. Только теперь наступает настоящая интерфаза. Из каждой исходной клетки возникают четыре клетки с гаплоидным набором хромосом.
Разнообразие гамет
Рассмотри мейоз клетки, имеющей три пары хромосом (2n = 6). В этом случае после двух мейотических делений образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом (n = 3). Поскольку хромосомы каждой пары расходятся в дочерние клетки независимо от хромосом других пар, равновероятно образование восьми тиров гамет с различным сочетанием хромосом, присутствовавших в исходной материнской клетке. Еще большее разнообразие гамет обеспечивается конъюгацией и перекрестом гомологичных хромосом в профазе мейоза, что имеет очень большое общебиологическое значение.
Биологическое значение мейоза
- отцовской хромосомой;
- материнской хромосомой;
- отцовской с участком материнской;
- материнской с участком отцовской.
Источник