Мейоз
Мейоз – это особый способ деления клетки, в ходе которого из одной диплоидной материнской клетки получается четыре гаплоидных. Иными словами, в результате мейоза количество хромосом в клетке уменьшается вдвое.
К мейозу способны не все клетки, а, как правило, лишь специализированные. Например, у человека мейоз происходит только в тех органах, где образуются половые клетки, которые необходимы для воспроизведения потомства.
Мейозу, как и митозу, предшествует интерфаза (которая, напомним, состоит из G1-, S- и G2-фаз). В ходе интерфазы происходит репликация ДНК. В результате перед началом деления каждая хромосома состоит из двух молекул ДНК, которые образуют две сестринские хроматиды, соединённые в области центромеры. Таким образом, перед началом деления хромосомный набор клетки составляет 2n, а количество ДНК – 4с.
Процесс мейоза состоит из двух последовательных делений – мейоз I и мейоз II. Интерфаза между двумя делениями короткая, и удвоения ДНК при этом не происходит. Первое деление мейоза (мейоз I) называется редукционным, так как в ходе него происходит редукция (уменьшение) числа хромосом в два раза. Второе деление мейоза (мейоз II) называют эквационным (уравнительным), в ходе этого деления уменьшения числа хромосом не происходит, а ДНК равномерно распределяется между клетками. Каждое из делений мейоза подразделяется на те же фазы, что и митоз: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Чтобы указать к какому делению (первому или второму) относится та или иная фаза, после названия фазы ставят римскую цифру, например: профаза I, телофаза II.
Первое деление состоит из профазы I, метафазы I, анафазы I и телофазы I.
Профаза I
Профаза I мейоза длится значительно дольше, чем профаза митоза. Во время профазы I хромосомы спирализуются и утолщаются, так что становятся видны в световой микроскоп. Гомологичные хромосомы попарно соединяются друг с другом, то есть происходит их конъюгация. В результате в клетке образуются комплексы сдвоенных гомологичных хромосом – биваленты.
Рис. Профаза I мейоза.
Между гомологичными хромосомами может происходить обмен участками хромосом – кроссинговер. Одинаковые участки гомологичных хромосом сближаются, перекрещиваются и меняются местами. Место перекреста гомологичных хромосом называется хиазмой. Это приводит к образованию новых сочетаний генетической информации в хромосомах, что ведёт к повышению генетического разнообразия клеток, получающихся в результате мейоза.
В ходе кроссинговера хромосомы могут перекрещиваться один раз, тогда такой кроссинговер называют одинарным.
Рис. Схема одинарного кроссинговера.
Если хромосомы перекрещиваются в двух местах, расположенных близко друг от друга, то такой кроссинговер называется двойным.
Рис. Схема двойного кроссинговера.
После кроссинговера ядерная оболочка в клетках исчезает, центриоли расходятся к полюсам, и образуется веретено деления.
Метафаза I
В метафазе I биваленты (соединённые гомологичные хромосомы) выстраиваются вдоль экватора клетки подобно тому, как хромосомы выстраивались в метафазную пластинку при митозе. Микротрубочки связываются с хромосомами в области центромер.
Рис. Метафаза I.
Анафаза I
В анафазе I микротрубочки «растаскивают» к полюсам клетки двухроматидные хромосомы. При этом число хромосом у каждого полюса становится вдвое меньше, чем в материнской клетке, то есть происходит редукция числа хромосом. То, какая из двух гомологичных хромосом отойдёт к тому или иному полюсу определяется совершенно случайным образом.
NB! Таким образом, генетическое разнообразие получающихся в результате мейоза клеток достигается за счёт двух событий: 1) кроссинговера во время профазы I; 2) случайного расхождения гомологичных хромосом к полюсам клетки в анафазу I.
NB! В ходе анафазы митоза к разным полюсам клетки расходятся сестринские хроматиды хромосом, тогда как во время анафазы I мейоза к полюсам клетки расходятся гомологичные хромосомы.
Рис. Анафаза I.
Телофаза I
Во время телофазы I делится всё остальное содержимое клетки, образуется перетяжка и возникают две клетки с одинарным набором хромосом, но удвоенным количеством ДНК, то есть формула клетки в этот момент – 1n2c. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид – молекул ДНК. Образование двух клеток наступает не всегда. Иногда телофаза I сопровождается только образованием двух ядер.
Рис. Телофаза I.
После телофазы I следует короткая интерфаза (в некоторых случаях телофаза I и интерфаза отсутствуют). В интерфазе между делениями мейоза удвоения ДНК не происходит, так как каждая хромосома уже состоит из двух хроматид.
Второе деление мейоза отличается от митоза только тем, что его проходят клетки с гаплоидным набором хромосом.
Профаза II
Профаза II значительно короче профазы I, это, в частности, обусловлено тем, что конъюгации хромосом и кроссинговера не происходит. Ядерная оболочка вновь исчезает, центриоли расходятся к полюсам клетки, образуется веретено деления.
Рис. Профаза II.
Метафаза II
В метафазе II хромосомы выстраиваются в плоскости экватора клетки. Нити веретена деления (микротрубочки) соединяются с областью центромер хромосом. Хромосомы выстраиваются по центру клетки в метафазную пластинку.
Рис. Метафаза II.
Анафаза II
В анафазе II, как и при митозе, к полюсам клетки расходятся сестринские хроматиды, которые после расхождения становятся самостоятельными хромосомами. В результате у каждого полюса образуется гаплоидный набор хромосом, при этом каждая хромосома состоит из одной молекулы ДНК, то есть общая формула – 1n1c.
NB! В анафазе II мейоза и в анафазе митоза к полюсам клетки расходятся сестринские хроматиды, а в анафазе I мейоза – гомологичные хромосомы.
Рис. Анафаза II.
Телофаза II
Телофаза II заканчивается образованием четырёх клеток (ядер) с одинарным (гаплоидным) набором хромосом и одной молекулой ДНК в каждой, то есть формула для каждой клетки, прошедшей весь мейоз – 1n1c.
Рис. Телофаза II.
Биологическое значение мейоза заключается в образовании клеток с гаплоидным набором хромосом. Как правило, в ходе мейоза образуются половые клетки. Гаплоидные половые клетки затем сливаются, и диплоидный набор хромосом восстанавливается. Если бы редукции числа хромосом в ходе мейоза не происходило, то у каждого последующего поколения количество хромосом было бы вдвое больше, чем у предыдущего.
Также, как упоминалось выше, биологическое значение мейоза заключается в повышении генетического разнообразия в образующихся клетках (за счёт случайного расхождения гомологичных хромосом в анафазе I и кроссинговера в профазе I) по сравнению с родительскими. В результате повышается генетическое разнообразие потомков, и потомки могут оказаться лучше приспособлены к изменяющимся условиям окружающей среды, чем их родители.
Решить тест по теме "Мейоз" || Смотреть видео по теме "Мейоз: редукционное деление" || Смотреть видео по теме "Мейоз: эквационное деление" || Вернуться в раздел "Теория и практика"
