Visi žino, kad lytiškai dauginantis, susiliejus dviem lytinėms ląstelėms (lytinėms ląstelėms) atsiranda naujas organizmas. Gametogenezė arba generatyvinių ląstelių susidarymas vyksta per specifinį dalijimąsi, vadinamą mejoze. Kokia šio proceso esmė, kokie jo etapai, papasakosime šiame straipsnyje.
Šiek tiek bendrų žinių
Daugumai heteroseksualių organizmų mūsų planetoje būdingas lytinis dauginimasis. Šiuo atveju gametos turi pusės chromosomų rinkinį, kuris vadinamas haploidiniu (n). Dėl lytinių ląstelių susiliejimo susidaro zigota, kurioje atkuriama diploidija, o chromosomų rinkinys žymimas 2n, o tai yra mejozės esmė (trumpai).
Pavyzdžiui, Drosophila (vaisinė musė) turi tik 4 chromosomas – tai diploidinis rinkinys. Jos branduolyje esančios gametos turi tik 2 chromosomas. Žmonių kiekvienoje branduolio ląstelėje yra 46 chromosomos, o lytinėse ląstelėse (kiaušidėse ir spermatozoiduose) - po 23.
Betdiploidijos atkūrimas lytinio dauginimosi metu yra tik maža dalis to, kas yra mejozės esmė.
Chromosomos ir chromatidės
Norint suprasti toliau pateiktą medžiagą, svarbu suprasti skirtumą tarp jų.
Chromosomos (vartojamas žymėjimas n) vadinamos genetinės medžiagos nešikliais, bet paprasčiausiai tai yra DNR molekulės (dezoksiribonukleorūgštis), dauginasi spiralizuotos ir išsidėsčiusios eukariotinės ląstelės (turinčios branduolį su membraniniu apvalkalu) branduolyje.) organizmai. Tokios formos, kokias esame įpratę matyti vadovėliuose ir žinynuose (aukščiau esančioje nuotraukoje pavaizduotos žmogaus chromosomos), jos tampa pastebimos tik tarpfazės metu, prieš ląstelių dalijimąsi, kai jau padvigubėja.
Bet chromatidės (žymimos) – tai tik struktūrinė chromosomos dalis, kuri jau yra išgyvenusi replikacijos (dvigubėjimo) procesą tarpfazėje prieš ląstelių dalijimąsi. Chromatidė yra viena iš dviejų DNR kopijų, kurios šiuo metu yra sujungtos specialiu susiaurėjimu (centromeru).
Kol dvi chromatidės yra sujungtos centromeru, jos vadinamos seserinėmis chromatidėmis. Ir tik lytinio ląstelių dalijimosi (mejozės) metu jos atsiskiria ir reprezentuoja nepriklausomus paveldimos medžiagos vienetus, o jei tarp jų įvyko kryžminimas (apie tai vėliau), tada jų genų seka pasikeitė.
Visos chromosomos yra skirtingos formos ir dydžio vienoje homologinėje (identiškoje) poroje. Visas chromosomų rinkinys tos pačios rūšies ląstelėse vadinamas kariotipu. Taigi žmonių kariotipas yra 46 chromosomos,iš kurių 22 poros yra homologinės arba autosomos, o 23 poros yra lytinės chromosomos (X ir Y). Žmogaus lytinėse ląstelėse (spermatozoiduose ir kiaušinėliuose) yra pusė (haploidinių) chromosomų rinkinio – 23 autosomos ir 1 lytinė chromosoma (X arba Y).
Tiesiog mejozė suteikia tokį rinkinį gametose.
Specialus ląstelių dalijimasis
Specialus dalijimasis su lytinių ląstelių susidarymu – mejozė (iš graikų kalbos žodžio Μείωσις, reiškiančio redukciją) yra dviejų iš eilės vykstančių ląstelių dalijimosi rinkinys, dėl kurio branduolys dalijasi du kartus, o chromosomos tik vieną kartą.. Dėl to per pusę sumažėja (sumažėja) lytinių ląstelių chromosomų rinkinys, o joms susijungus atkuriama zigotos diploidija. Tai yra jo biologinė reikšmė.
Mejozė (jos fazės) visuose gyvuose organizmuose vyksta vienodai:
- Pirmasis padalijimas (sumažinimas), po kurio chromosomų skaičius sumažėja perpus.
- Antrasis padalijimas (lygtis) vyksta kaip paprastas padalijimas (mitozė). Jis taip pat vadinamas niveliavimu.
Pirmasis mejozinis padalijimas
Ruošiant ląstelę dalijimuisi (interfazei) branduolyje, chromosomų skaičius padvigubėja (yra 4 n), kas būdinga ląstelėms, kurios dalijasi paprastu dalijimusi (mitoze). Lytinių ląstelių pirmtakų ląstelėse (žmogaus spermatocituose ir oocituose) toks padvigubėjimas nevyksta tarpfazėje, o ląstelė pradeda mejozę su 2n chromosomų rinkiniu ir praeina.šiuos veiksmus:
- I fazė. Šiame etape chromosomos tampa tankesnės ir suartėja. Vyksta homologinių chromosomų (vienos poros) konjugacija (adhezija), kurios metu įvyksta kryžminimas. Šis procesas būdingas tik mejozei (kas yra esmė, apibūdinsime toliau). Tada chromosomos atsiskiria, ląstelės branduolio apvalkalas sunaikinamas ir pradeda formuotis dalijimosi velenas.
- I metafazė. Verpstės skaidulos prisitvirtina prie chromosomų centromerų, o pačios išsidėsčiusios išilgai padalijimo pusiaujo viena priešais kitą, o ne išilgai tos pačios linijos (kaip mitozės atveju).
- Anafazė I. Verpstės sriegiai ištempia chromosomas iki polių. Trumpai tariant, mejozės prasmė ir esmė slypi šioje dalijimosi fazėje – poliai turi n chromosomų.
- Telofazė I. Šiame etape susidaro branduoliniai apvalkalai. Gyvūnuose ir kai kuriuose augaluose vyksta tolesnis citoplazmos dalijimasis ir susidaro dvi dukterinės ląstelės.
Suformuotos ląstelės pereina į tarpfazę, kuri yra labai trumpa arba jos visai nėra.
Antrasis mejozinis padalijimas
Meiosis II turi tas pačias fazes:
- II fazė. Chromosomos tampa tankesnės, branduolinės membranos išnyksta ir pradeda atsirasti dalijimosi velenas (nuotrauka aukščiau).
- II metafazės metu verpstės formavimasis tęsiasi, o chromosomos išsidėsčiusios išilgai dalijimosi pusiaujo.
- Anafazė II. Chromosomos ištemptos iki ląstelės polių (nuotrauka žemiau).
- Telofazė II. Susidaro branduolinės membranos, tarp jų pasiskirsto citoplazmadu langeliai.
Su šiuo padalijimu chromosomų skaičius nekinta, bet kiekviena iš jų susideda tik iš vienos chromatidės (struktūrinio vieneto). Tai II mejozės esmė. Ląstelės susidaro su haploidiniu chromosomų rinkiniu kiekvienoje (n).
Biologinė mejozės reikšmė
Kas tai yra, jau tapo aišku:
- Mejozė yra puikus mechanizmas, užtikrinantis rūšies kariotipo (chromosomų skaičiaus) pastovumą, būdingą lytiniam dauginimuisi.
- Dėl dviejų iš eilės vykstančių mejozės pasiskirstymo chromosomų skaičius gametose tampa haploidinis ir tampa logiška atkurti diploidiją, kai jos susilieja (apvaisina) susidarant zigotai su pirminiu diploidiniu kariotipu.
- Būtent mejozė suteikia tokią organizmų savybę kaip kintamumas. I fazėje – dėl kryžminimo, o I anafazėje – dėl to, kad homologinės chromosomos su skirtingais genais gali patekti į skirtingas gametas.
Kas yra Crossover
Grįžkime prie I mejozės pranašystės. Būtent šiuo momentu, kai homologinės chromosomos priartėja ir beveik sulipo, gali įvykti bet kurios vietos pasikeitimas tarp jų. Būtent šis pasikeitimas vadinamas crossing over, kuris pažodžiui išvertus iš anglų kalbos (crossing over) reiškia kirtimą arba kirtimą.
Kitaip tariant, viena chromosomos dalis gali apsikeisti vietomis su ta pačia kitos chromosomos dalimi iš tos pačios poros. Šis mechanizmas užtikrina rekombinacinį genetinį organizmų kintamumą. maišymasisgenai padidina vienos rūšies biologinę įvairovę.
Gyvenimo ciklas ir mejozė
Priklausomai nuo to, kuriame gyvenimo ciklo etape vyksta mejozė, biologijoje yra trys mejozės tipai:
- Pradinis (zigotas) atsiranda iškart po apvaisinimo zigotoje. Šio tipo mejozė būdinga organizmams, kurių gyvavimo cikle vyrauja haploidinė fazė. Tai grybai (ascomycetes ir bazidomycetes), kai kurie dumbliai (chlamydomonas), pirmuonys (sporozoa).
- Tarpinė (sporinė) mejozė atsiranda formuojantis sporoms organizmuose, kurių diploidinės ir haploidinės formos vienodai kaitaliojasi. Tai aukštesnės sporos (samanos, skroblinės samanos, asiūkliai, paparčiai), gimnasėkliai ir gaubtasėkliai. Tarp gyvūnų šio tipo mejozė būdinga jūrų pirmuoniams foraminifera.
- Galutinė (žaidybinė) mejozė būdinga visiems daugialąsčiams gyvūnams, jūros dumblių fucus ir kai kuriems pirmuoniams (blakstienoms). Šių organizmų gyvavimo cikle vyrauja diploidinė fazė, o tik gametos turi haploidinį chromosomų rinkinį.
Apibendrinti
Su mejozės esme mokiniai susipažįsta 6 klasėje, mokydamiesi pirmuonių, dumblių, pereina prie augalų biologijos studijų. Ši pagrindinė bendrosios biologijos samprata ir lytinių ląstelių (lytinių ląstelių) formavimosi mechanizmai leidžia suprasti visos mūsų planetos gyvybės bendrumą, suprasti įvairius augalų ir gyvūnų gyvenimo ciklus.
Be to, turėtume būti mejozeyra dėkingi už specifinę Homo sapiens biologinių rūšių įvairovę. Vėlesnėse klasėse mokydami biologiją, mokiniai toliau nagrinėja lytinio dalijimosi fazes, o susipažinę su genetika – paveldimumo ir kintamumo dėsniais.
Įvairių ląstelių dalijimosi mechanizmų studijavimas leidžia suprasti gamtos dėsnių, susiformavusių per milijardus metų vienoje Saulės sistemos planetoje, unikalumą ir tikslingumą. Ir mums pasisekė, kad ant jo gimėme.
