Какво е мейоза? Стойност на биологичния процес

Мейозата е един от начините клетъчно делене. Той е свързан с образуването на гамети и следователно играе роля сексуално размножаване. Това е важен еволюционен процес, който позволява на организмите да създават различни популации в отговор на промените в околната среда. Без да се разбере значението на мейозата, е невъзможно да се изследват по-нататък такива секции на биологията като селекция, генетика и екология.

Какво е мейоза

Този метод на разделяне е характерен за образуването на гамети в животни, растения и гъби. В резултат на мейоза се образуват клетки, които притежават хаплоиден набор от хромозоми, наричани още зародишни клетки.

За разлика от друг вариант на размножаване на клетките - митоза, при която броят на хромозомите на дъщерни индивиди е характерен за майката, по време на мейозата броят на хромозомите се намалява наполовина. Това се случва в два етапа - мейоза 1 и мейоза 2. Първата част на процеса е подобна на митозата - преди него се удвоява ДНК, увеличаване на броя на хромозомите. Това е последвано от разделение за намаляване. Резултатът е образуването на клетки с хаплоид (и не диплоиден набор от хромозоми.

Основни понятия

За да разберем какво е мейоза, е необходимо да си припомним дефинициите на определени понятия, за да не се върнем към тях по-късно.

• Хромозомата е структура в клетъчното ядро, която има нуклеопротеинова природа и концентрира повечето от наследствената информация.
• Соматичните и половите клетки са клетките на тялото, които имат различен набор от хромозоми. Нормално (с изключение на полиплоидите) соматични клетки диплоид (2n) и сексуален хаплоид (n). При сливане на две сексуални клетки се образува пълна соматична клетка.
• Центромерът е хромозомна област, отговорна за експресията на гени и свързващи хроматиди един с друг.
• Теломерите - крайни части на хромозомите, изпълняват защитна функция.
• Митозата е метод за разделяне на соматичните клетки, създавайки копия, идентични с тях в процеса.
• Еухроматин и хетерохроматин - сайтове на хроматин в ядрото. Първият запазва деспирализираното състояние, второто се спира.

Стъпки на процеса

Клетъчната мейоза се състои от две последователни деления.

Първата дивизия. В периода на профаза 1, хромозомите могат да бъдат изследвани дори със светлинен микроскоп. Структурата на двойната хромозома се състои от две хроматиди и центромери. Появява се хелицизация и в резултат се съкращават хроматидите в хромозомата. Мейоза започва с метафаза 1. Хомоложните хромозоми са разположени в екваториалната равнина на клетката. Това се нарича подравняване на тетрадите (биваленти) на хроматида към хроматида. В този момент се случват процесите на конюгиране и пресичане, които са описани по-долу. Когато тези действия често са теломери се пресичат и се припокриват. Ядрената обвивка започва да се дезинтегрира, нуклеолусът изчезва и нишките на делителното вретено стават видими. В периода на анафаза 1, цели хромозоми, състоящи се от две хроматиди, се отклоняват към полюсите и по случаен начин.

В резултат на първото разделяне в етапа на телофаза 1 се образуват две клетки с единичен набор от ДНК (за разлика от митозата, чиято дъщеря е диплоидни клетки). Интерфазата е кратка, защото не изисква удвояване на ДНК.

Във второто разделение в етапа на метафазата 2, една хромозома (от две хроматиди) се отклонява към екваториалната част на клетката, образувайки метафазна плоча. Центромерата на всяка хромозома е разделена, хроматидите се раздалечават към полюсите. На етапа на телофаза на това разделение се образуват две клетки, съдържащи хаплоиден набор от хромозоми. Идва нормална интерфаза.

Конюгация и кросоувър

Конюгирането е процес на сливане на хомоложни хромозоми, а преминаването е обмяна на съответните секции от хомоложни хромозоми (започва в профазата на първото разделяне, завършва с метафаза 1 или в анафаза 1, когато хромозомите се разминават). Това са два съседни процеса, които участват в допълнителната рекомбинация на генетичния материал. Следователно, хромозомите в хаплоидните клетки не са подобни на тези в майчината, но вече съществуват със замествания.

Разнообразие от гамети

Гаметите, образувани в процеса на мейоза, не са хомоложни един на друг. Хромозомите се отклоняват в дъщерни клетки независимо един от друг, така че те могат да донесат разнообразни алели за бъдещото поколение. Разгледайте най-простия класически проблем: дефинираме видовете гамети, образувани в родителския организъм според две прости характеристики. Нека имаме тъмнооки и тъмнокоси родител, който е хетерозиготен за тези характеристики. Характеризиращата го алелна формула ще изглежда като AaBb. Сектовите клетки ще имат следната форма: AB, Ab, aB, ab. Това са четири типа. Естествено, броят на алелите в живия организъм с много признаци ще бъде многократно по-висок, което означава, че ще има още много варианти на гаметите. Тези процеси се засилват чрез свързване и пресичане, протичащи в процеса на разделяне.

Има грешки в репликацията и хромозомните несъответствия. Това води до образуването на дефектни гамети. Обикновено такива клетки трябва да преминат апоптоза (клетъчна смърт), но понякога се сливат с друга зародишна клетка, образувайки нов организъм. Например по този начин Болестта на Даун при хора, свързани с една допълнителна хромозома.

Трябва да се отбележи, че зародишните клетки, образувани в различни организми, претърпяват по-нататъшно развитие. Например, човек от една родителска клетка произвежда четири еквивалентни сперматозоида - както при класическата мейоза, какво е яйце - за да разберем по-трудно. Една яйцеклетка и три редуциращи тела се образуват от четири потенциално идентични клетки.

Мейоза: биологично значение

Защо в процеса на мейозата броят на хромозомите в клетката намалява, ясно е: ако този механизъм не съществува, тогава сливането на две зародишни клетки ще доведе до постоянно увеличаване на хромозомния набор. Поради разделянето на редукцията, в процеса на размножаване, пълна диплоидна клетка излиза от сливането на две гамети. По този начин, постоянството на вида, стабилността на хромозомата му.

Половината ДНК на дъщерния организъм ще съдържа майчината и половината от бащината генетична информация.

Механизмите на мейозата лежат в основата на стерилността на междувидовите хибриди. Поради факта, че хромозомите на два вида са в клетките на такива организми, те не могат да влязат в процеса на метафаза 1 и процесът на образуване на зародишни клетки е нарушен. Плодовите хибриди са възможни само между тясно свързани видове. В случай на полиплоидни организми (например, много земеделски растения) в клетки с равен набор от хромозоми (октополоиди, тетраплоиди), хромозомите се различават, както в случая на класическата мейоза. В случай на триплоиди, хроматидите се образуват неравномерно, рискът да се получат дефектни гамети е висок. Тези растения се размножават вегетативно.

По този начин разбирането на това какво е мейоза е основен въпрос на биологията. Процесите на полово размножаване, натрупване на случайни мутации, както и прехвърлянето на тяхното потомство е в основата на генетичната вариация и несигурната селекция. Модерната селекция се основава на тези механизми.

Опции за мейоза

Разглежданият вариант на деление при мейоза е характерен предимно за многоклетъчните. Най-простият механизъм изглежда малко по-различен. В хода на това протича едно мейотично разделение, съответно и фазата на пресичане. Такъв механизъм се счита за по-примитивен. Той служи като основа за разделянето на хаплоидни клетки на съвременни животни, растения, гъби, които се срещат в две фази и осигуряват по-добра рекомбинация на генетичния материал.

Разлики в мейозата от митоза

Обобщавайки разликите между тези два вида разделяне, е необходимо да се отбележи плоидността на дъщерните клетки. Ако по време на митоза количеството на ДНК, хромозомите и в двете поколения е същото - диплоидно, тогава се образуват хаплоидни клетки в мейоза. В този случай, в резултат на първия процес, се образуват две, а в резултат на втората - четири клетки. В митозата няма преминаване. Биологичната значимост на тези разделения също варира. Ако целта на мейозата е образуването на зародишни клетки и последващото им източване в различни организми, т.е. рекомбинацията на генетичния материал през поколенията, то целта на митозата е да се поддържа стабилността на тъканите и целостта на организма.