в чем заключается сущность мейоза в делении
В чем заключается биологическое значение мейоза
Природа создала несколько способов деления клеток, одним из них является мейоз. Он представляет собой процесс, во время которого из соматической клетки образуется четыре гаметы (половые клетки с одинарным набором хромосом). Они отличаются комбинациями генов и редуцированными наборами хромосом. Без этого процесса половое размножение многоклеточных живых организмов просто невозможно. В этом и заключается биологическое значение мейоза.
Общая информация
При половом размножении после слияния двух гамет образуется зигота. Именно из этой клетки затем и развивается дочерний организм. Родительские половые клетки имеют определенный гаплоидный набор (n) хромосом. После их соединения число хромосом в зиготе увеличивается и становится диплоидным (2n). При этом каждая пара гомологических хромосом имеет по одной материнской и отцовской хромосоме. Так кратко можно описать сущность процесса формирования диплоидных клеток из гаплоидных, который и называется мейоз.
Уже в 1883 году ученые при изучении оплодотворения и предзародышевого развития (гаметогеноз) у червей обнаружили одну закономерность — яйцеклетки и сперматозоиды содержат в два раза меньше хромосом в сравнении с зиготой. Во время дальнейшего внимательного изучения гаметогенеза был обнаружен новый вид деления клеток — мейоз. На установление главных закономерностей этого процесса было затрачено около 50 лет.
Фазы мейоза
Процесс деления клеток состоит из двух последовательных этапов. Они называются первое деление (мейоз I) и вторичное деление (мейоз II). Между этими этапами существует укороченная интерфаза, названная интеркинезом. Каждый этап деления состоит из 4 фаз. Для мейоза I это:
Мейоз II, в свою очередь, составляют соответственно профаза II, метафаза II, анафаза II и телофаза II. В ходе всех этих делений в клетках происходят серьезные изменения. Среди них следует отметить:
Каждый этап мейоза требует более детального рассмотрения.
Первое деление
В мейоз могут вступать только определенные соматические клеточки после завершения интерфазы. Профаза I является самым сложным процессом. Это связано с тем, что именно на этой стадии происходит распределение генетического материала. У человека профаза I длиться чуть более 22 дней и состоит из 5 стадий:
Если на этапе профаза I происходит подготовка к делению генетического материала, то во время метафазы I это делают остальные структуры клетки. Оболочка ядра растворена, биваленты находятся около полюсов, образуя тем самым метафазную пластину. Кроме этого к каждой хромосоме присоединяется веретено деления.
На стадии анафаза I веретено деления притягивает к полюсам по одной хромосоме из всех тетрад. В результате в клетке формируется 2 гаплоидных генома — по одному на полюс. Однако до завершения процесса деления цитоплазмы клетка продолжает оставаться диплоидной.
Телофаза I характеризуется делением цитоплазмы на две части. У растительных организмов этот процесс протекает благодаря достраиванию поперечной стенки в клетке. У представителей фауны мембрана цитоплазмы перешнуровывается. Также во время телофазы I происходит формирование ядер. В результате образуется две клеточки, в состав которых входит 2 хроматиды. При этом новообразованные клетки имеют только один вариант генов.
Второй этап
Второе деление начинается после непродолжительного интеркинеза — паузы. На этом этапе делиться начинают 2 клеточки, содержащие гаплоидные геномы. Для профазы II характерно разрушение мембран и ядер. Одновременно с этим наблюдаются следующие процессы:
Во время метафазы II хромосомы размещаются в определенном порядке в плоскости экватора. При этом метафазные пластины расположены перпендикулярно друг к другу. Веретено деления связывает хроматиды и центриоли.
На следующем этапе (анафаза II) к каждому полюсу смещается одна дочерняя хроматида из каждой хромосомы. В делящейся клеточке создается два редуцированных генетических набора. Так как цитоплазма еще не разделилась, клетку следует считать гаплоидной.
Этап телофаза II завершает деление клетки. Именно в этот момент происходит разделение цитоплазмы и формирование мембран ядер. Из двух гаплоидных клеток создается 4 гаметы с разными комбинациями генов. У мужчин во время гаметогенеза цитоплазма поровну распределяется между четырьмя сперматозоидами. У женщин основная часть цитоплазмы смещается в направлении яйцеклетки. В остальных клетках (полярные тельца) основную часть свободного пространства занимают ядра.
Биологическое значение
Ознакомившись с процессом деления, остается выяснить, каково биологическое значение мейоза, и какую он играет роль в жизни эукариотов. Этот процесс крайне важен для многоклеточных организмов. Во время оплодотворения, при слиянии гамет, новый организм сохраняет признаки кариотипа, так как получает диплоидный генетический набор. При отсутствии мейоза при делении клеточек количество хромосом постоянно увеличивалось бы.
Кроме этого, биологический смысл мейоза заключается в следующем:
В чем заключается сущность мейоза? Значение мейоза. Сравнение митоза и мейоза
Мейоз – деление клетки, в процессе которого появляются четыре дочерние клетки, включающие одинарный (гаплоидный) набор. Именно этим оно и отличается от митоза (деления клетки надвое).
Если в ходе мейоза одна клетка разделяется на четыре, то при митозе появляются только две.
Сравнение мейоза и митоза
В процессе мейоза появляются половые клетки, а в ходе митоза – соматические.
Если после мейоза клетки получаются с разным генетическим материалом, то при митозе образуются одинаковые клетки идентичные материнской.
Сравнение мейоза и митоза можно закончить утверждением, что при мейозе происходит редукция или сокращение числа хромосом, при митозе набор хромосом остается неизменным.
В чем заключается сущность мейоза
Впервые мейоз был описан биологами в 19 веке. В. Флемминг описал мейоз у животных в 1882 году, а Э. Сграсбургер – у растений в 1888 году. Характеристику мейоза можно начать с того, что с помощью этого способа деления появляются половые клетки, или гаметы, и споры у растений.
Суть мейоза состоит именно в создании половых клеток. Так, в каждой споре или гамете содержится только одна хромосома из пары гомологичных. Когда гаметы сливаются в ходе оплодотворения, образуется одна зигота с двойным или диплоидным набором хромосом, наследственная информация вида передается из поколения в поколение, и кариотип организмов остается неизменным. Мейоз – это деление клетки, при котором число хромосом убывает в два раза. Называется оно еще редукционным делением, то есть делением с уменьшением количества хромосом. В этом и есть значение мейоза – не допустить избыточного количества хромосом после слияния двух гамет. Кроме того, благодаря мейозу обеспечивается генетическое разнообразие.
Что происходит в результате мейоза
С помощью этого процесса происходит:
Два деления мейоза
Стадии мейоза в совокупности состоят из двух частей – первого деления и второго.
Между этими делениями репликация (удвоение) ДНК не происходит.
Первое деление мейоза
В процессе первого деления из клеток с диплоидным (двойным) набором хромосом получаются клетки с одинарным набором. Состоит оно из 4 стадий мейоза (или фаз), не считая интерфазу, которая является подготовительной.
Интерфаза
Перед началом деления в клетке, у каждой хромосомы происходит репликация, происходит удвоение в S-периоде подготовительной фазы мейоза – интерфазы. В течение определенного времени две хромосомы объединены друг с другом центромерой. Поэтому в ядре с началом мейоза содержится четыре набора гомологичных хромосом.
Профаза I
Также как и в митозе в профазе первого деления происходит спирализация хромосом (наследственный материал плотно упаковывается). В то же время происходит сближение парных или гомологичных хромосом. Они притягиваются друг к другу одинаковыми участками, происходит конъюгация (соединение хромосом). В результате получаются пары хромосом, называемые бивалентами, которые состоят из четырех нитей. Когда хромосомы пребывают в таком состоянии, они продолжают скручиваться (продолжают спирализацию), при этом хроматиды перепутываются. Когда гомологичные хромосомы начинают разделяться, они как бы отталкиваются друг от друга. В результате получаются разрывы, которые затем вновь закрываются. Таким образом, хромосомы совершают обмен участками и заодно и наследственной информацией. Перекрест, который сопровождается обменом участками ДНК и получил название кроссинговера.
Это то, в чем заключается сущность мейоза в отношении генов. Значение кроссинговера велико, так как именно благодаря этому процессу происходит возникновение новых хромосом с неповторимым сочетанием генов.
Причем обмен происходит каждый раз по-разному, участки обмена разные по величине
Метафаза I
В это время до конца сформировалось веретено деления. Нити веретена крепятся к хромосомам в бивалентах, а точнее к их кинетохорам (участок в середине). Нити выстраивают биваленты в районе экватора клетки.
Анафаза I
Гомологичные хромосомы, объединенные ранее в биваленты, отделяются и устремляются к обоим полюсам делящейся клетки.
При этом они имеют уже гаплоидный или одинарный набор хромосом (в составе хромосомы две хроматиды). Так как к полюсам отходят случайные хромосомы, это обуславливает то, в чем заключается сущность мейоза – генетическое разнообразие у дочерних клеток.
Телофаза I
У каждого полюса собрались хромосомы с одинарным набором. Эта фаза очень короткая и непродолжительная. Происходит восстановление ядерной оболочки, после чего из одной клетки получаются две.
Второе деление
После телофазы I опять наступает интерфаза. Она подготавливает клетку ко второму делению. Она происходит быстро, у ДНК в этой фазе не происходит синтез. Второе деление сходно с митозом.
Профаза II
Метафаза II, анафаза II и телофаза II
В метафазе II хромосомы находятся в плоскости экватора. В анафазе II нити веретена разделяют хромосомы на отдельные хроматиды посредством разрушения связи в центромерах. Получившиеся хроматиды превращаются в самостоятельные хромосомы. Они смещаются к противоположным полюсам клетки с помощью нитей веретена.
В телофазе II нити веретена разрушаются и исчезают. Ядра обособляются и происходит цитокинез. В результате этого деления из двух клеток с одинарным (гаплоидным) набором образуются четыре клетки, у которых тоже гаплоидный набор хромосом.
Биологическая роль мейоза
По сути мейоз – способ деления клетки, благодаря которому, из одной клетки с двойным набором хромосом образуют целых четыре клетки с гаплоидным набором. Еще в чем заключена сущность мейоза, так это в том, что этот механизм препятствуют непременному увеличению хромосом в клетке при слиянии гамет. Если бы мейотического деления не существовало и половые клетки имели как и все прочие клетки тела двойной хромосомный набор, и при половом размножении количество хромосом удваивалось в каждом поколении.
В чем заключается сущность мейоза, так это в том, что благодаря ему у гамет появляется большое разнообразие генетического состава. Достигается оно в процессе кроссинговера (обмена участками хромосом), так и в результате случайного сочетания хромосом матери и отца при их разном независимом расхождении к полюсам в анафазе I. Можно подвести итог и сказать, что значение мейоза сводится к появлению разного потомства с разнообразными качествами и признаками при половом размножении. Существование этого процесса обуславливает существование полового размножения, которое в эволюционном плане является более перспективным, чем бесполое. Благодаря половому размножению могут появляться новые признаки у видов, новые виды растений и животных.
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
Сущность мейоза — образование клеток с гаплоидным набором хромосом.
Мейоз состоит из двух последовательных делений.
Между ними не происходит репликации ДНК – поэтому и набор гаплоидный.
Благодаря этому процессу происходит:
Теперь давайте поподробнее рассмотрим этот процесс.
Мейоз представляет собой 2 деления, следующих друг за другом.
Интерфаза первого деления:
В первом делении происходит важный процесс – кроссинговер.
В профазе I мейоза, каждая из уже скрученных двухроматидных хромосом, унивалентов тесно сближается с гомологичной ей. Это называется конъюгация (ну путать с конъюгацией инфузорий ), или синапсис. Пара сблизившихся гомологичных хромосом называется бивалентом.
Затем хроматида перекрещивается с гомологичной (несестренской) хроматидой на соседней хромосоме (с которой образован бивалент). Места скрещивания хроматид называется хиазмами. Хиазмы открыл в 1909 году бельгийский ученый Франс Альфонс Янсенс.
А потом кусочек хроматиды отрывается в месте хиазмы и перескакивает на другую (гомологичную т.е. несестренскую) хроматиду.
Произошла рекомбинация генов.
Результат: часть генов перекочевало с одной гомологичной хромосомы на другую.
До кроссинговера одна гомологичная хромосома обладала генами от материнского организма, а вторая от отцовского. А после обе гомологичные хромосомы обладают генами как материнского так и отцовского организма.
Значение кроссинговера таково: в результате этого процесса образуются новые комбинации генов, следовательно больше наследственная изменчивость, следовательно больше вероятность появления новых признаков, которые могут оказаться полезными.
Синапсис (конъюгация) при мейозе происходит всегда, а вот кроссинговер может и не произойти.
Из-за этих всех процессов: конъюгация, кроссинговер профаза I более продолжительна, чем профаза II.
Основное отличие первого деления мейоза от митоза :
в митозе по экватору выстраиваются двухроматидные хромосомы, а в первом делении мейоза биваленты гомологичных хромосом, к каждой из которых прикрепляются нити веретена деления.
Ошибки расхождения хромосом при первом деления могут повлечь за собой трисомию. То есть наличие в одной паре гомологичных хромосом еще одной хромосомы. Например у человека трисомия по 21 является причиной Синдрома Дауна.
Интерфаза между первым и вторым делением
— либо очень короткая, либо ее нет вовсе. Поэтому перед вторым делением не происходит репликация ДНК. Это очень важно, так как второе деление вообще нужно для того, чтобы клетки получились гаплоидные с однохроматидными хромосомами.
Второе деление
– происходит почти так же как митотическое деление. Только в деление вступают гаплоидные клетки с двухроматидными хромосомами (n2c), каждая из которых выстраивается по экватору, нити веретена деления прикрепляются к центромерам каждой хроматиды каждой хромосомы в метафазе II. В анафазе II хроматиды расходятся. И в телофазе II образуются гаплоидные клетки с однохроматидными хромосомами ( nc ). Это необходимо, чтобы при слиянии с другой такой же клеткой (nc) образовалась «нормальная» 2n2c.
От того как «встанут» хромосомы во время метафаз делений мейоза зависит какой будет каждая из образовавшихся клеток. Так вот, процесс этот происходит случайно – это «почва» для наследственной изменчивости. Оставшаяся самая живучая, нередуцировавшаяся клетка, обладает полностью перекомбинированным наследственным материалом – тоже «почва» для наследственной изменчивости.
Посмотрим на весь процесс «сверху»
Для повторения и закрепления слов-определений, связанных с мейозом, смотрите раздел БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ
Митоз и мейоз
Жизненный цикл клетки (клеточный цикл)
С момента появления клетки и до ее смерти в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели) непрерывно продолжается жизненный цикл клетки.
Интенсивно образуются рибосомы, синтезируется АТФ и все виды РНК, ферменты, клетка растет.
Митоз является непрямым способом деления клетки, наиболее распространенным среди эукариотических организмов. По продолжительности занимает около 1 часа. К митозу клетка готовится в период интерфазы путем синтеза белков, АТФ и удвоения молекулы ДНК в синтетическом периоде.
Митоз состоит из 4 фаз, которые мы далее детально рассмотрим: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Напомню, что клетка вступает в митоз с уже удвоенным (в синтетическом периоде) количеством ДНК. Мы рассмотрим митоз на примере клетки с набором хромосом и ДНК 2n4c.
ДНК максимально спирализована в хромосомы, которые располагаются на экваторе клетки. Каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой (кинетохором). Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом (если точнее, прикрепляются к кинетохору центромеры).
Попробуйте самостоятельно вспомнить фазы митоза и описать события, которые в них происходят. Особенное внимание уделите состоянию хромосом, подчеркните сколько в них содержится молекул ДНК (хроматид).
Мейоз
В результате мейоза из диплоидных клеток (2n) получаются гаплоидные (n). Мейоз состоит из двух последовательных делений, между которыми практически отсутствует пауза. Удвоение ДНК перед мейозом происходит в синтетическом периоде интерфазы (как и при митозе).
Помимо типичных для профазы процессов (спирализация ДНК в хромосомы, разрушение ядерной оболочки, движение центриолей к полюсам клетки) в профазе мейоза I происходят два важнейших процесса: конъюгация и кроссинговер.
Кроссинговер является важнейшим процессом, в ходе которого возникают рекомбинации генов, что создает уникальный материал для эволюции, последующего естественного отбора. Кроссинговер приводит к генетическому разнообразию потомства.
Биваленты (комплексы из двух хромосом) выстраиваются по экватору клетки. Формируется веретено деления, нити которого крепятся к центромере (кинетохору) каждой хромосомы, составляющей бивалент.
Мейоз II весьма напоминает митоз по всем фазам, поэтому если вы что-то подзабыли: поищите в теме про митоз. Главное отличие мейоза II от мейоза I в том, что в анафазе мейоза II к полюсам клетки расходятся не хромосомы, а хроматиды (дочерние хромосомы).
Сейчас мы возьмем клетку, в которой 4 хромосомы. Попытайтесь самостоятельно описать фазы и этапы, через которые она пройдет в ходе мейоза. Проговорите и осмыслите набор хромосом в каждой фазе.
Бинарное деление надвое
При благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. В случае, если условия не столь благоприятны, то больше времени уходит на рост и развитие, накопление питательных веществ. Интервалы между делениями становятся длиннее.
Амитоз встречается в раковых (опухолевых) клетках, воспалительно измененных, в старых клетках.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Биология. 11 класс
§ 18. Мейоз
Мейоз — особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого из одной материнской клетки образуются четыре дочерние с уменьшенным в 2 раза набором хромосом. Если в мейоз вступает диплоидная клетка (2n4c), то образуются четыре гаплоидные клетки (1n1c). Клетки с гаплоидным набором хромосом не способны делиться мейозом.
Мейоз представляет собой два последовательных деления — мейоз I и мейоз II. Важно отметить, что репликация ДНК предшествует только первому мейотическому делению. Между мейозом I и мейозом II удвоения ДНК не происходит. Каждое из двух делений обычно включает профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Рассмотрим процесс мейотического деления диплоидной клетки. Первое деление мейоза осуществляется следующим образом (табл. 18.1)
Таблица 18.1. Первое деление мейоза (мейоз I)
Схема
Фаза и процессы, происходящие в ней
Гомологичные хромосомы попарно сближаются и соединяются друг с другом *сначала в нескольких участках, а затем по всей своей длине*. Этот процесс называется конъюгацией гомологичных хромосом, *а образовавшиеся хромосомные пары — бивалентами. В ходе конъюгации хромосомы тесно соприкасаются. В некоторых точках соприкосновения, называемых хиазмами, вследствие разрыва и последующего воссоединения молекул ДНК,* между хроматидами гомологичных хромосом может происходить обмен соответствующими участками — кроссингóвер. *Далее гомологичные хромосомы в составе каждого бивалента начинают отталкиваться друг от друга и в результате остаются связанными только в областях хиазм.*
Метафаза I. Завершается формирование веретена деления. Спирализация хромосом достигает максимума. * Биваленты * располагаются в центральной части клетки, *образуя метафазную пластинку. Каждый бивалент ориентирован таким образом, что центромеры гомологичных хромосом находятся по разные стороны от экваториальной плоскости клетки, на одинаковом расстоянии от нее.* При этом нити веретена деления, идущие от противоположных полюсов клетки, прикреплены к центромерам разных гомологичных хромосом. Таким образом, в составе каждого *бивалента* одна из хромосом оказывается связанной с одним полюсом клетки, а другая — с противоположным
Телофаза I. Веретено деления разрушается. Происходит деспирализация хромосом и формирование двух ядер. Далее клетка разделяется на две дочерние. Они имеют гаплоидный набор хромосом, каждая хромосома состоит из двух хроматид (1n2c)
Промежуток времени между первым и вторым делениями мейоза обычно очень короткий. В этот период, как уже отмечалось, не осуществляется репликация ДНК. Каждая из двух клеток, образовавшихся в результате мейоза I, вступает в мейоз II. Это деление протекает аналогично митозу (табл. 18.2).
*У некоторых организмов перерыв между мейозом I и мейозом II — так называемый интеркинез вообще отсутствует. При этом клетки, завершившие телофазу I, сразу же переходят в профазу II. Более того, могут выпадать и эти фазы. Так, у большинства растений, клетки, делящиеся мейозом, после окончания анафазы I вступают непосредственно в метафазу II. В этом случае переход от первого мейотического деления ко второму не сопровождается деспирализацией хромосом, формированием двух ядер и разделением материнской клетки на две дочерние.*
Таблица 18.2. Второе деление мейоза (мейоз II)
Схема
Фаза и процессы, происходящие в ней
Профаза II. В результате спирализации хроматина формируются двухроматидные хромосомы (набор 1n2c). В это же время начинается образование веретена деления. После распада ядерной оболочки отдельные хромосомы беспорядочно располагаются в гиалоплазме
Анафаза II. Происходит разделение центромер. Сестринские хроматиды (теперь уже дочерние хромосомы ) растягиваются к разным полюсам клетки. В конце анафазы II набор хромосом и хроматид у каждого полюса составляет 1n1c
Телофаза II. Хромосомы деспирализуются, формируются ядра, и происходит разделение клеток. При этом образуются четыре дочерние клетки, имеющие набор 1n1c
Таким образом, в результате первого деления мейоза исходная материнская клетка (2n4c) разделилась на две дочерние, имеющие гаплоидный набор хромосом. *Следовательно, в мейозе I произошла редукция (уменьшение) числа хромосом в 2 раза. Поэтому первое деление называют редукционным. В образовавшихся гаплоидных клетках каждая хромосома представлена двумя хроматидами (1n2c).
В результате второго деления, протекающего по типу митоза, набор хромосом (1n) не изменяется. Это деление мейоза называется эквационным (от лат. aequatio — уравнивание). Эквационное деление, в отличие от редукционного, сопровождается расхождением сестринских хроматид. Поэтому итогом второго деления является образование четырех гаплоидных клеток с однохроматидными хромосомами (1n1c).*
*Как и в случае митоза, правильное протекание мейоза может быть нарушено действием определенных внешних или внутриклеточных факторов. Последствия таких воздействий могут быть разными, вплоть до образования нежизнеспособных дочерних клеток. Наиболее часто встречающейся патологией мейоза является нерасхождение хромосом в анафазе I. Оно происходит вследствие нарушения разделения бивалентов и выражается в том, что обе гомологичные хромосомы перемещаются к одному из полюсов клетки. Нерасхождение может наблюдаться и на стадии анафазы II. При этом к одному и тому же полюсу отходят две сестринские хроматиды (дочерние хромосомы ). Как в первом, так и во втором случае результатом нерасхождения хромосом является образование генетически неравноценных клеток. В одних клетках наблюдается избыток хромосом (1n + 1), а в других — недостаток (1n — 1).*
Биологическое значение мейоза. У животных и человека путем мейоза образуются гаметы — гаплоидные половые клетки. В результате последу ющего оплодотворения формируется зигота с двойным набором хромосом, из которой развивается новый организм. Он является диплоидным, как и его родители, а значит, сохраняет свойственный данному виду организмов кариотип. Без мейоза, приводящего к уменьшению набора хромосом в 2 раза, половое размножение сопровождалось бы удвоением числа хромосом в каждом новом поколении. У растений, многих водорослей и грибов мейоз приводит к формированию спор, с помощью которых осуществляется бесполое размножение.