Alla vet att med sexuell reproduktion uppstår en ny organism som ett resultat av sammansmältningen av två könsceller (sexceller). Gametogenes, eller bildandet av generativa celler, sker genom en specifik division som kallas meios. Vad är kärnan i denna process, vad är dess stadier, kommer vi att berätta i den här artikeln.
Lite allmän kunskap
För de flesta heterosexuella organismer på vår planet är sexuell reproduktion karakteristisk. I detta fall har könscellerna en halv kromosomuppsättning, som kallas haploid (n). Som ett resultat av fusionen av könsceller bildas en zygot, i vilken diploidi återställs, och kromosomuppsättningen betecknas 2n, vilket är essensen av meios (kortfattat).
Drosophila (fruktfluga) har till exempel bara 4 kromosomer - det här är en diploid uppsättning. Gameter i hennes kärna har bara 2 kromosomer. Hos människor finns det i varje cell i kärnan 46 kromosomer, och i könscellerna (ägg och spermier) - 23 vardera.
Menåterställandet av diploidi under sexuell reproduktion är bara en liten del av vad essensen av meios är.
Kromosomer och kromatider
För att förstå följande material är det viktigt att förstå skillnaden mellan de två.
Kromosomer (beteckningen n används) kallas bärare av genetiskt material, men dessa är helt enkelt DNA-molekyler (deoxiribonukleinsyra), multipliceras i spiralform och är lokaliserade i cellkärnan i eukaryota celler (som har en kärna med ett membranhölje) organismer. I den form som vi är vana vid att se dem i läroböcker och referensböcker (bilden ovan visar mänskliga kromosomer), blir de märkbara endast under interfas, före celldelning, när de redan har fördubblats.
Men kromatiderna (betecknade med) - detta är bara den strukturella delen av kromosomen, som redan har genomgått replikationsprocessen (fördubbling) i interfasen före celldelningen. En kromatid är en av två kopior av DNA som i detta ögonblick är sammankopplade med en speciell sammandragning (centromer).
Så länge två kromatider är förbundna med en centromer kallas de systerkromatider. Och endast under den sexuella uppdelningen av celler (meios) separerar de och representerar oberoende enheter av ärftligt material, och om korsning inträffade mellan dem (mer om det senare), så genomgick de förändringar i gensekvensen.
Alla kromosomer har olika form och storlek inom ett homologt (identiskt) par. Hela uppsättningen kromosomer i celler av samma art kallas en karyotyp. Så hos människor är karyotypen 46 kromosomer,varav 22 par är homologa eller autosomer, och 23 par är könskromosomer (X och Y). I mänskliga könsceller (spermier och ägg) finns en halv (haploid) uppsättning kromosomer - 23 autosomer och 1 könskromosom (X eller Y).
Just meiosis ger en sådan uppsättning i gameter.
Specialcellsdelning
Specifik delning med bildning av könsceller - meios (från det grekiska ordet Μείωσις, som betyder reduktion) är en uppsättning av två på varandra följande celldelningar, som ett resultat av vilka kärnan delar sig två gånger, och kromosomerna bara en gång. På grund av detta sker en minskning (reduktion) av kromosomuppsättningen i gameter med hälften, vilket, när de smälter samman, återställer zygotens diploidi. Detta är dess biologiska betydelse.
Meios (dess faser) i alla levande organismer sker på samma sätt:
- Första divisionen (reduktion), varefter antalet kromosomer halveras.
- Den andra divisionen (ekvation) sker som en enkel division (mitos). Det kallas också utjämning.
Första meiotiska divisionen
Under beredningen av en cell för delning (interfas) i kärnan fördubblas antalet kromosomer (det finns 4 n), vilket är typiskt för celler som delar sig genom enkel delning (mitos). I cellerna i prekursorerna till könsceller (hos människor, spermatocyter och oocyter) sker en sådan fördubbling inte i interfasen, och cellen startar meios med en uppsättning 2n-kromosomer och passerarföljande steg:
- Profas I. I detta skede blir kromosomerna tätare och närmare varandra. Konjugering (adhesion) av homologa kromosomer (ett par) sker, under vilken överkorsning sker. Denna process är karakteristisk endast för meios (vad är essensen, kommer vi att beskriva nedan). Sedan separeras kromosomerna, cellkärnans skal förstörs och delningsspindeln börjar bildas.
- Metafas I. Spindelfibrerna fäster vid kromosomernas centromerer, och de är själva belägna längs delningsekvatorn mitt emot varandra, och inte längs samma linje (som i mitos).
- Anaphase I. Spindeltrådar sträcker kromosomerna till polerna. Kortfattat, innebörden och essensen av meios ligger i denna delningsfas - polerna har n kromosomer.
- Telofas I. I detta skede bildas kärnvapenhöljen. Hos djur och vissa växter sker ytterligare delning av cytoplasman och två dotterceller bildas.
De bildade cellerna går in i interfas, som antingen är mycket kort eller frånvarande.
Andra meiotisk division
Meiosis II har samma faser:
- Prophase II. Kromosomerna blir tätare, kärnmembranen försvinner och klyvningsspindeln börjar dyka upp (bilden ovan).
- Under metafas II fortsätter bildningen av spindeln, och kromosomerna är placerade längs delningsekvatorn.
- Anaphase II. Kromosomerna sträcks ut till cellens poler (bild nedan).
- Telofas II. Kärnmembran bildas, cytoplasman delas mellantvå celler.
Med denna uppdelning ändras inte antalet kromosomer, men var och en av dem består av endast en kromatid (strukturell enhet). Detta är kärnan i meios II. Celler bildas med en haploid uppsättning kromosomer i varje (n).
Biologisk betydelse av meios
Vad det är, det har redan blivit klart:
- Meios är en perfekt mekanism som säkerställer beständigheten hos karyotypen (antal kromosomer) hos en art som är inneboende i sexuell reproduktion.
- På grund av två på varandra följande uppdelningar av meios blir antalet kromosomer i gameter haploida och det blir logiskt att återställa diploidi när de smälter samman (befruktar) med bildandet av en zygot med den ursprungliga diploida karyotypen.
- Det är meios som tillhandahåller sådana egenskaper hos organismer som variabilitet. I profas I - på grund av överkorsning, och i anafas I - på grund av att homologa kromosomer med olika gener kan hamna i olika gameter.
Vad är Crossover
Låt oss återgå till profas I om meios. Det är i detta ögonblick, när de homologa kromosomerna har närmat sig och nästan fastnat i varandra, som ett utbyte mellan dem på vilken plats som helst. Det är detta utbyte som kallas crossing over, vilket ordagrant översatt från engelska (crossing over) betyder korsning eller korsning
Med andra ord kan en del av en kromosom byta plats med samma del av en annan kromosom från samma par. Denna mekanism tillhandahåller rekombinativ genetisk variabilitet hos organismer. blandargener leder till ökad biologisk mångfald inom en enda art.
Livscykel och meios
Beroende på vilket skede av livscykeln meios inträffar, finns det tre typer av meios inom biologi:
- Initial (zygote) inträffar omedelbart efter befruktning i zygote. Denna typ av meios är typisk för organismer med en övervikt av den haploida fasen i livscykeln. Dessa är svampar (ascomycetes och basidomycetes), vissa alger (chlamydomonas), protozoer (sporozoer).
- Intermediär (spor) meios inträffar under bildandet av sporer i organismer med en enhetlig växling av diploida och haploida former. Dessa är högre sporer (mossor, klubbmossor, åkerfränder, ormbunkar), gymnospermer och angiospermer. Bland djur är denna typ av meios karakteristisk för marina protozoer foraminifera.
- Slutlig (gametisk) meios är inneboende i alla flercelliga djur, fukusalger och vissa protozoer (ciliater). I dessa organismer dominerar den diploida fasen i livscykeln, och endast könsceller har en haploid uppsättning kromosomer.
Sammanfatta
Elever bekantar sig med essensen av meios i årskurs 6 när de studerar protozoer, alger och går vidare till studiet av växtbiologi. Detta nyckelbegrepp för allmän biologi och mekanismerna för bildandet av könsceller (gameter) gör det möjligt för oss att förstå det gemensamma för allt liv på vår planet, att förstå de olika livscyklerna för växter och djur.
Dessutom är det meios vi ska varaär tacksamma för den intraspecifika mångfalden av den biologiska arten Homo sapiens. Under studiet av biologi i efterföljande klasser fortsätter eleverna att studera faserna av sexuell uppdelning, och när de bekantar sig med genetik, lagarna för ärftlighet och föränderlighet.
När vi studerar mekanismerna för olika celldelningar kan vi förstå det unika och ändamålsenliga med naturlagarna, som har formats under miljarder år av evolution på en enda planet i solsystemet. Och vi hade turen att födas på den.
