Toată lumea știe că odată cu reproducerea sexuală, un nou organism apare ca urmare a fuziunii a doi gameți (celule sexuale). Gametogeneza, sau formarea celulelor generative, are loc printr-o diviziune specifică numită meioză. Care este esența acestui proces, care sunt etapele sale, vom spune în acest articol.
Un pic de cunoștințe generale
Pentru majoritatea organismelor heterosexuale de pe planeta noastră, reproducerea sexuală este caracteristică. În acest caz, gameții au o jumătate de set de cromozomi, care se numește haploid (n). Ca urmare a fuziunii gameților, se formează un zigot, în care se restabilește diploidia, iar setul de cromozomi este desemnat 2n, care este esența meiozei (pe scurt).
De exemplu, Drosophila (musca fructelor) are doar 4 cromozomi - acesta este un set diploid. Gameții din nucleul ei au doar 2 cromozomi. La om, în fiecare celulă din nucleu există 46 de cromozomi, iar în gameți (ovul și spermatozoizii) - 23 fiecare.
Darrestabilirea diploidiei în timpul reproducerii sexuale este doar o mică parte din esența meiozei.
Cromozomi și cromatide
Pentru a înțelege următorul material, este important să înțelegeți diferența dintre cele două.
Cromozomii (se folosește denumirea n) sunt numiți purtători de material genetic, dar pur și simplu aceștia sunt molecule de ADN (acid dezoxiribonucleic), multiplicate în spirală și situate în nucleul celulelor eucariote (care au un nucleu cu înveliș membranar).) organisme. În forma în care suntem obișnuiți să le vedem în manuale și cărți de referință (fotografia de mai sus prezintă cromozomi umani), ele devin vizibile doar în timpul interfazei, înainte de diviziunea celulară, când s-au dublat deja.
Dar cromatidele (notate cu) - aceasta este doar partea structurală a cromozomului, care a trecut deja prin procesul de replicare (dublare) în interfaza înainte de diviziunea celulară. O cromatidă este una dintre cele două copii ale ADN-ului care sunt conectate în acest moment printr-o constricție specială (centromer).
Atâta timp cât două cromatide sunt conectate printr-un centromer, ele se numesc cromatide surori. Și numai în timpul diviziunii sexuale a celulelor (meioză), ele se separă și reprezintă unități independente de material ereditar și, dacă a avut loc încrucișarea între ele (mai multe despre asta mai târziu), atunci ele au suferit modificări în secvența genelor.
Toți cromozomii sunt diferiți ca formă și dimensiune într-o pereche omoloagă (identică). Întregul set de cromozomi din celulele aceleiași specii se numește cariotip. Deci, la om, cariotipul este de 46 de cromozomi,dintre care 22 de perechi sunt omologi sau autozomi, iar 23 de perechi sunt cromozomi sexuali (X și Y). În gameții umani (sperma și ovul) există o jumătate de set (haploid) de cromozomi - 23 de autozomi și 1 cromozom sexual (X sau Y).
Doar meioza oferă un astfel de set de gameți.
Diviziune celulară specială
Diviziunea specifică cu formarea celulelor germinale - meioza (din cuvântul grecesc Μείωσις, care înseamnă reducere) este un set de două diviziuni celulare consecutive, în urma cărora nucleul se divide de două ori, iar cromozomii o singură dată. Din această cauză, are loc o scădere (reducere) a cromozomului setat în gameți la jumătate, care, atunci când se unesc, restabilește diploidia zigotului. Aceasta este semnificația sa biologică.
Meioza (fazele sale) în toate organismele vii are loc în același mod:
- Prima diviziune (reducere), după care numărul de cromozomi se reduce la jumătate.
- A doua diviziune (ecuațională) apare ca o simplă diviziune (mitoză). Se mai numește și nivelare.
Prima diviziune meiotică
În timpul pregătirii unei celule pentru diviziunea (interfaza) în nucleu, numărul de cromozomi se dublează (sunt 4 n), ceea ce este tipic pentru celulele care se divid prin diviziune simplă (mitoză). În celulele precursorilor gameților (la om, spermatocite și ovocite), o astfel de dublare nu are loc în interfază, iar celula începe meioza cu un set de cromozomi 2n și trece.următorii pași:
- Profaza I. În acest stadiu, cromozomii devin mai denși și mai apropiați. Are loc conjugarea (adeziunea) cromozomilor omologi (o pereche), în timpul căreia are loc încrucișarea. Acest proces este caracteristic doar pentru meioză (care este esența, vom descrie mai jos). Apoi cromozomii sunt separați, învelișul nucleului celular este distrus și axul de diviziune începe să se formeze.
- Metafaza I. Fibrele fusului se atașează de centromerii cromozomilor și ele însele sunt situate de-a lungul ecuatorului de diviziune opus unul altuia și nu de-a lungul aceleiași linii (ca în mitoză).
- Anafaza I. Firele fusului întind cromozomii până la poli. Pe scurt, sensul și esența meiozei constă în această fază a diviziunii - polii au n cromozomi.
- Telophase I. În această etapă, se formează învelișurile nucleare. La animale și la unele plante, are loc o diviziune suplimentară a citoplasmei și se formează două celule fiice.
Celulele formate intră în interfaza, care este fie foarte scurtă, fie absentă.
A doua diviziune meiotică
Meioza II are aceleași faze:
- Profaza II. Cromozomii devin mai densi, membranele nucleare dispar, iar fusul de fisiune începe să apară (foto de mai sus).
- În timpul metafazei II, formarea fusului continuă, iar cromozomii sunt localizați de-a lungul ecuatorului de diviziune.
- Anafaza II. Cromozomii sunt întinși până la polii celulei (foto de mai jos).
- Telophase II. Se formează membrane nucleare, citoplasma este împărțită întredouă celule.
Cu această împărțire, numărul de cromozomi nu se modifică, dar fiecare dintre ei este format dintr-o singură cromatidă (unitate structurală). Aceasta este esența meiozei II. Celulele sunt formate cu un set haploid de cromozomi în fiecare (n).
Semnificația biologică a meiozei
Ce este, a devenit deja clar:
- Meioza este un mecanism perfect care asigură constanța cariotipului (numărul de cromozomi) unei specii care este inerentă reproducerii sexuale.
- Datorită a două diviziuni consecutive ale meiozei, numărul de cromozomi din gameți devine haploid și devine logic să se restabilească diploidia atunci când se îmbină (fertilizează) cu formarea unui zigot cu cariotipul diploid original.
- Meioza este cea care oferă astfel de proprietăți organismelor precum variabilitatea. În profaza I - datorită încrucișării și în anafaza I - datorită faptului că cromozomii omologi cu gene diferite pot ajunge în gameți diferiți.
Ce este crossover
Să revenim la profaza I a meiozei. În acest moment, când cromozomii omologi s-au apropiat și aproape s-au lipit împreună, poate avea loc un schimb între ei de orice loc. Acest schimb este numit crossing over, care tradus literal din engleză (crossing over) înseamnă traversare sau traversare.
Cu alte cuvinte, o parte a unui cromozom poate schimba locuri cu aceeași parte a altui cromozom din aceeași pereche. Acest mecanism asigură variabilitatea genetică recombinativă a organismelor. amestecândgenele duce la creșterea biodiversității în cadrul unei singure specii.
Cicul de viață și meioza
În funcție de stadiul ciclului de viață în care apare meioza, există trei tipuri de meioză în biologie:
- Inițiala (zigotul) apare imediat după fertilizare în zigot. Acest tip de meioză este tipic pentru organismele cu o predominanță a fazei haploide în ciclul de viață. Acestea sunt ciuperci (ascomicete și basidomicete), unele alge (chlamydomonas), protozoare (sporozoare).
- Meioza intermediară (spori) apare în timpul formării sporilor în organisme cu o alternanță uniformă a formelor diploide și haploide. Aceștia sunt spori mai mari (mușchi, mușchi de club, coada-calului, ferigi), gimnosperme și angiosperme. Dintre animale, acest tip de meioză este caracteristic pentru foraminiferele protozoarelor marine.
- Meioza finală (gametică) este inerentă tuturor animalelor multicelulare, alge fucus și unele protozoare (ciliate). La aceste organisme, faza diploidă predomină în ciclul de viață și numai gameții au un set haploid de cromozomi.
Rezumat
Elevii se familiarizează cu esența meiozei în clasa a VI-a când studiază protozoarele, algele și trec la studiul biologiei plantelor. Acest concept cheie al biologiei generale și mecanismele de formare a celulelor germinale (gameți) ne permite să înțelegem comunitatea întregii vieți de pe planeta noastră, să înțelegem diferitele cicluri de viață ale plantelor și animalelor.
În plus, ar trebui să fim meiozăsunt recunoscători pentru diversitatea intraspecifică a speciei biologice Homo sapiens. În timpul studiului biologiei în clasele ulterioare, studenții continuă să studieze fazele diviziunii sexuale și, atunci când se familiarizează cu genetica, legile eredității și variabilității.
Studiarea mecanismelor diferitelor diviziuni celulare ne permite să înțelegem unicitatea și oportunitatea legilor naturii, care s-au format de-a lungul a miliarde de ani de evoluție pe o singură planetă a sistemului solar. Și am fost norocoși să ne naștem pe el.
