Ikviens zina, ka ar dzimumvairošanos divu gametu (dzimumšūnu) saplūšanas rezultātā rodas jauns organisms. Gametoģenēze jeb ģeneratīvo šūnu veidošanās notiek caur īpašu sadalījumu, ko sauc par mejozi. Kāda ir šī procesa būtība, kādi ir tā posmi, mēs pastāstīsim šajā rakstā.
Nedaudz vispārīgu zināšanu
Lielākajai daļai heteroseksuālo organismu uz mūsu planētas ir raksturīga seksuāla vairošanās. Šajā gadījumā gametām ir puse hromosomu kopa, ko sauc par haploīdu (n). Gametu saplūšanas rezultātā veidojas zigota, kurā tiek atjaunota diploīdija, un hromosomu kopa tiek apzīmēta ar 2n, kas ir mejozes būtība (īsi).
Piemēram, Drosophila (augļu mušai) ir tikai 4 hromosomas - tas ir diploīds kopums. Gametes viņas kodolā ir tikai 2 hromosomas. Cilvēkam katrā šūnā kodolā ir 46 hromosomas, bet gametās (olšūnā un spermā) - 23 katrā.
Betdiploidijas atjaunošana dzimumvairošanās laikā ir tikai neliela daļa no mejozes būtības.
Hromosomas un hromatīdi
Lai izprastu tālāk sniegto materiālu, ir svarīgi saprast atšķirību starp abiem.
Hromosomas (tiek lietots apzīmējums n) sauc par ģenētiskā materiāla nesējām, bet vienkārši tās ir DNS molekulas (dezoksiribonukleīnskābe), kas vairojas spiralizētas un atrodas eikariotu šūnu kodolā (ar kodolu ar membrānas apvalku).) organismiem. Tādā formā, kādā esam pieraduši tos redzēt mācību grāmatās un uzziņu grāmatās (augšējā fotoattēlā redzamas cilvēka hromosomas), tās kļūst pamanāmas tikai starpfāzes laikā, pirms šūnu dalīšanās, kad tās jau ir dubultojušās.
Bet hromatīdi (apzīmē ar) - tā ir tikai hromosomas strukturālā daļa, kas jau ir izgājusi cauri replikācijas (dubultošanās) procesam starpfāzē pirms šūnu dalīšanās. Hromatīds ir viena no divām DNS kopijām, kuras šobrīd ir savienotas ar īpašu sašaurināšanos (centromēru).
Kamēr divas hromatīdas ir savienotas ar centromēru, tās sauc par māsas hromatīdiem. Un tikai šūnu seksuālās dalīšanās (meiozes) laikā tās atdalās un pārstāv neatkarīgas iedzimtības materiāla vienības, un, ja starp tām notika krustošanās (par to vēlāk), tad tajās tika veiktas izmaiņas gēnu secībā.
Visām hromosomām ir atšķirīga forma un izmērs vienā homologā (identiskā) pārī. Visu hromosomu kopumu vienas sugas šūnās sauc par kariotipu. Tātad cilvēkiem kariotips ir 46 hromosomas,no kuriem 22 pāri ir homologi vai autosomas, un 23 pāri ir dzimuma hromosomas (X un Y). Cilvēka gametās (spermā un olšūnā) ir puse (haploīdais) hromosomu komplekts - 23 autosomas un 1 dzimumhromosoma (X vai Y).
Tikai mejoze nodrošina šādu komplektu gametās.
Īpaša šūnu dalīšana
Īpaša dalīšanās ar dzimumšūnu veidošanos - meioze (no grieķu vārda Μείωσις, kas nozīmē samazinājums) ir divu secīgu šūnu dalīšanās kopums, kā rezultātā kodols dalās divas reizes, bet hromosomas tikai vienu reizi.. Sakarā ar to uz pusi tiek samazināts (samazinājums) dzimumšūnu hromosomu kopums, kas, tām saplūstot, atjauno zigotas diploīdiju. Tā ir tā bioloģiskā nozīme.
Meioze (tās fāzes) visos dzīvajos organismos notiek vienādi:
- Pirmā dalīšana (samazināšana), pēc kuras hromosomu skaits tiek samazināts uz pusi.
- Otrais dalījums (vienādojums) notiek kā vienkārša dalīšana (mitoze). To sauc arī par izlīdzināšanu.
Pirmā meiotiskā dalīšana
Šūnas sagatavošanas laikā dalīšanai (starpfāzei) kodolā hromosomu skaits dubultojas (ir 4 n), kas raksturīgi šūnām, kas dalās ar vienkāršu dalīšanos (mitozi). Gametu prekursoru šūnās (cilvēkiem, spermatocītiem un oocītiem) šāda dubultošanās starpfāzē nenotiek, un šūna sāk mejozi ar 2n hromosomu komplektu un iziet.šādas darbības:
- I. profāze. Šajā posmā hromosomas kļūst blīvākas un tuvāk viena otrai. Notiek homologu hromosomu (viena pāra) konjugācija (adhēzija), kuras laikā notiek šķērsošana. Šis process ir raksturīgs tikai mejozei (kāda ir būtība, mēs aprakstīsim tālāk). Tad hromosomas tiek atdalītas, šūnas kodola apvalks tiek iznīcināts, un sāk veidoties dalīšanas vārpsta.
- Metafāze I. Vārpstas šķiedras piestiprinās pie hromosomu centromēriem, un tās pašas atrodas gar dalījuma ekvatoru pretī viena otrai, nevis pa vienu līniju (kā mitozē).
- Anafāze I. Vārpstas vītnes stiepj hromosomas līdz poliem. Īsumā, mejozes nozīme un būtība slēpjas šajā dalīšanās fāzē - poliem ir n hromosomas.
- Telofāze I. Šajā posmā veidojas kodola apvalki. Dzīvniekiem un dažiem augiem notiek tālāka citoplazmas dalīšanās un veidojas divas meitas šūnas.
Izveidotās šūnas nonāk starpfāzē, kas ir vai nu ļoti īsa, vai vispār nav.
Otrā meiotiskā divīzija
Meiozei II ir tādas pašas fāzes:
- II fāze. Hromosomas kļūst blīvākas, kodola membrānas pazūd, un sāk parādīties skaldīšanas vārpsta (foto augšā).
- II metafāzes laikā vārpstas veidošanās turpinās, un hromosomas atrodas gar dalījuma ekvatoru.
- Anafāze II. Hromosomas ir izstieptas līdz šūnas poliem (foto zemāk).
- Telofāze II. Tiek veidotas kodolmembrānas, citoplazma tiek sadalīta starpdivas šūnas.
Ar šo dalījumu hromosomu skaits nemainās, bet katra no tām sastāv tikai no vienas hromatīdas (struktūrvienības). Tāda ir II mejozes būtība. Šūnas veidojas ar haploīdu hromosomu kopu katrā (n).
Meiozes bioloģiskā nozīme
Kas tas ir, tas jau ir kļuvis skaidrs:
- Meioze ir ideāls mehānisms, kas nodrošina sugas kariotipa (hromosomu skaita) noturību, kas ir raksturīga dzimumvairošanai.
- Divu secīgu mejozes dalījumu dēļ gametu hromosomu skaits kļūst haploīds, un kļūst loģiski atjaunot diploīdiju, kad tās saplūst (apaugļo) un veidojas zigota ar sākotnējo diploīdo kariotipu.
- Tā ir mejoze, kas nodrošina tādu organismu īpašību kā mainīgums. Profāzē I - krustošanās dēļ un I anafāzē - tāpēc, ka homologas hromosomas ar dažādiem gēniem var nonākt dažādās gametās.
Kas ir Crossover
Atgriezīsimies pie mejozes I. profāzes. Tieši šajā brīdī, kad homologās hromosomas ir pietuvojušās un gandrīz salipušas kopā, starp tām var notikt jebkuras vietas apmaiņa. Tieši šo apmaiņu sauc par šķērsošanu, kas burtiskā tulkojumā no angļu valodas (crossing over) nozīmē šķērsošanu vai šķērsošanu.
Citiem vārdiem sakot, viena hromosomas daļa var apmainīties vietām ar to pašu citas hromosomas daļu no tā paša pāra. Šis mehānisms nodrošina organismu rekombinatīvu ģenētisko mainīgumu. jaukšanagēni palielina bioloģisko daudzveidību vienas sugas ietvaros.
Dzīves cikls un mejoze
Atkarībā no tā, kurā dzīves cikla posmā notiek mejoze, bioloģijā ir trīs mejozes veidi:
- Sākotnējā (zigota) notiek tūlīt pēc apaugļošanās zigotā. Šis mejozes veids ir raksturīgs organismiem, kuru dzīves ciklā dominē haploīdā fāze. Tās ir sēnes (ascomycetes un bazidomycetes), dažas aļģes (chlamydomonas), vienšūņi (sporozoa).
- Starpposma (sporu) mejoze notiek organismu sporu veidošanās laikā ar vienmērīgu diploīdu un haploīdu formu miju. Tās ir augstākas sporas (sūnas, klubsūnas, kosas, papardes), ģimnosēkļi un segsēkļi. Dzīvnieku vidū šāda veida mejoze ir raksturīga jūras vienšūņiem foraminifera.
- Galīgā (gamētiskā) mejoze ir raksturīga visiem daudzšūnu dzīvniekiem, jūraszālēm fucus un dažiem vienšūņiem (ciliātiem). Šajos organismos dzīves ciklā dominē diploīdā fāze, un tikai gametām ir haploīds hromosomu komplekts.
Apkopojiet
Ar mejozes būtību skolēni iepazīstas 6. klasē, pētot vienšūņus, aļģes un pārejot uz augu bioloģijas studijām. Šī vispārējās bioloģijas pamatjēdziens un dzimumšūnu (gametu) veidošanās mehānismi ļauj izprast visas mūsu planētas dzīvības kopību, izprast augu un dzīvnieku dažādos dzīves ciklus.
Turklāt mums ir jābūt mejozeiir pateicīgi par Homo sapiens bioloģisko sugu daudzveidību. Apgūstot bioloģiju nākamajās klasēs, skolēni turpina apgūt dzimumdalīšanās fāzes un, iepazīstoties ar ģenētiku, iedzimtības un mainīguma likumiem.
Dažādu šūnu dalīšanās mehānismu izpēte ļauj izprast dabas likumu unikalitāti un lietderību, kas veidojušies miljardiem gadu ilgas evolūcijas laikā uz vienas Saules sistēmas planētas. Un mums paveicās, ka piedzimām.
