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