Мейоз

Что такое мейоз

 

 

Мейоз в переводе с древнегреческого – уменьшение. Во время процесса происходит редукционное деление материнской клетки, из которой образуются четыре дочерние с половинчатым набором хромосом. Данная система позволяет при соединении с такими же клетками другого организма сохранять число хромосом неизменным, получая новый организм с признаками обоих родителей. Обеспечивает индивидуальные особенности строения и развития каждой отдельной особи, что способствует выживанию вида в целом.

 

 

Характеристики мейоза

 

 

Мейоз является характерной особенностью организмов с клетками эукариотического типа, размножающихся при обязательном участии двух разнополых особей. К ним относятся как растения и грибы, так и животные, насекомые, рыбы, птицы. Размеры клеток-эукариотов на порядок больше, чем прокариот, которые представлены преимущественно одноклеточными организмами.

 

 

Особенности мейоза

 

 

Процесс мейоза происходит исключительно в половых клетках и завязан на репродуктивные функции. Обычно в его ходе получаются четыре дочерних клетки. Однако, если деление происходит в организме женской особи, то образуется одна-единственная яйцеклетка, имеющая крупные размеры и обладающая большим запасом питательных веществ. Он проходит в два этапа:

• редукционный, когда набор хромосом удваивается и созданные новые клетки получают половинчатый набор;
• эквационный, в ходе которого получившиеся клетки снова разделяются без предварительного удвоения ДНК. Он сходен с первым этапом, но имеет свои отличительные особенности. В его ходе к полюсам расходятся получившиеся на первом этапе сестринские хромосомы-тетрады.

 

Происходит мейоз только в соматических клетках, не участвующих в процессе размножения, которые имеют двойной, диплоидный, набор хромосом. Либо – в полиплоидных четных клетках. Этот вид мейоза присущ растениям и представляет собой наследственные изменения клеток, при котором основной набор числа хромосом кратно удваивается. Обычно такие растения крупнее, легче приспосабливаются к изменениям окружающей среды, более выносливы и меньше болеют.

 

 

Первичное деление в профазе 1 не позволяет создавать соединения с клетками другого организма, поскольку в нечетных полиплоидах набор хромосом не соединяется попарно.

Стадии мейоза

 

 

Процесс возникновения репродукционных клеток происходит на протяжении двух стадий:

• профаза мейоза 1;
• профаза мейоза 2.

 

Клетка, прежде чем вступить в решающую стадию, проходит подготовительный период, называемый интерфазой. Данный короткий период в свою очередь делится на три стадии:

• G1 происходит перед удвоением хромосом ДНК. Клетка значительно увеличивается в размерах, готовясь к делению;
• S характеризуется синтезом ДНК-цепочки и происходит для большинства организмов стремительно;
• G2 является коротким периодом после разделения цепочки, но до начала деления клетки. Клетка увеличивает содержание белков в своей структуре и растет. У нее все еще сохраняются нуклеолы, а ядро остается под защитой мембраны. Клеточные хромосомы удваиваются, но продолжают иметь вид хроматина.

 

Окончание интерфазы знаменуется началом клеточного деления.

Профаза мейоза 1

 

 

Является наиболее длительной и сложной для организма, и проходит намного дольше, чем при обычном митозе. Ведь сблизившимся половинчатым хромосомам необходимо обменяться участками ДНК.

• Конъюгация – процедура сцепки гомологичных хромосом, имеющих в своем составе лишь 1/2 от базового количества.
• Кроссинговер – процесс обмена схожими участками в составе половинчатых хромосом. Причем в процессе могут участвовать также несестринские хроматиды, имеющие идентичные участки. В узлах обмена формируются хиазмы.

 

Подготовленная клетка, набравшая размеры и питательные вещества, начинает свое деление.

• Хромосомы уплотняются и притягиваются к мембране ядра.
• Далее идет процесс синапсиса – сближения половинчатых хромосом и соединение их в тетрады (биваленты), которые сохраняются до начала анафазы 1. Их сцепление обеспечивается центромерами между сестринскими и хиазмами между несестринскими хроматидами.
• Соединение различных наборов хромосом способствует возникновению новых, уникальных генетических образований.
• Хромосомы продолжают объединение и отлепляются от оболочки ядра.
• Центриоли начинают взаимную миграцию на противоположные полюса клетки, а защитные оболочки ядра и ядрышек разрушаются.
• Хромосомы медленно подплывают к экваториальной плоскости клетки, выстраиваясь в четко ориентированную горизонтальную линию.

 

В профазе хромосомы в обязательном порядке закручиваются характерными спиралями, приобретая знакомую нам форму ДНК и ее размеры. Затем наступает период метафазы 1.

Метафаза мейоза 1

 

 

В процессе метафазы мейоза клетка претерпевает следующие изменения:

• происходит окончательное формирование веретена деления в горизонтальной плоскости;
• тетрады, состоящие из четырех групп половинчатого набора хромосом, выстраиваются на метафазной пластине, в экваториальной плоскости клетки;
• центромеры, или центральные области половинчатых наборов хромосом приобретают ориентировку на два полюса клетки.

 

Закончив преобразования, клетка входит в анафазу.

 

Анафаза в мейозе 1

 

В этом периоде в клетке происходят процессы разделения набора хромосом на две части.

• Разделившиеся хромосомы притягиваются к двум полюсам клетки при помощи взаимодействия кинетохоров и микротрубочек.
• При этом, сестринские хроматиды не делятся, оставаясь вместе до полного разделения гомологичных хромосом.

 

Далее анафаза плавно переходит в телофазу 1. Это сложный период, характеризующийся фактическим разделением клетки на две аналогичные.

• Волоконца продолжают растягивать наборы хромосом к противоположным концам образующихся клеток.
• Как только данный процесс завершается, каждая половинка клетки остается со своим половинчатым набором хромосом.
• Цитокенез – деление полужидкого содержимого клетки, именуемого цитоплазмой, как правило, происходит в процессе телофазы 1. Клетка делится путем выпячивания клеточной мембраны.
• Ядра принимают свою исходную форму.
• По окончании процесса образуются две дочерние клетки, имеющие половинчатый набор хромосом материнской и все необходимые для жизни и развития органоиды. Получившиеся клетки по размерам уступают родительской вдвое, и начинают свой рост.

 

Клетка готовится к следующей стадии своего деления, при этом, генетический материал изменений больше не претерпевает. Клетка входит в профазу 2. 

 

 

 

Профаза мейоза 2

 

В данном периоде своего развития, клетка изменяется следующим образом:

• разрушаются защитные оболочки ядра и само ядро, образуется веретено деления;
• хромосомы остаются неизменными, более не дублируясь;
• хромосомные наборы начинают движение к вертикальной экваториальной плоскости, выстраиваясь в строгую линию одна над другой.

 

Профаза 2 или интеркинез плавно переходит в метафазу 2.

Метафаза 2

 

 

В этот период свой жизни клетка проходит следующие изменения:

• по центральной плоскости клеток выстраиваются в вертикальный ряд получившиеся из хромосом тетрады;
• белковые структуры на хромосомах, служащие креплениями для волокон веретена, расходятся к противоположным полюсам клетки, находящимся в горизонтальной плоскости.

 

Далее начинается процесс анафазы 2.

Анафаза 2

 

 

Клетка начинает активную подготовку к повторному делению на две половины.

• сестринские хроматиды, сформировавшиеся в процессе удвоения хромосом, делятся на две группы, которые начинают свое движение в противоположным концам клетки. Свободные веретенные волоконца с силой выпрямляются, вытягивая и удлиняя клетку по горизонтали;
• по мере завершения деления сестринских хроматид образуются дочерние хромосомы, считающиеся самостоятельными, полноправными хромосомами;
• полюса отдаляются друг от друга, собирая и уплотняя притягиваемые к нему наборы хромосом и органоидов.

 

Дальнейшее развитие клетки называется телофазой 2 и характеризуется окончательным разделением клетки на две самостоятельные.

• Происходит стремительное образование двух отдельных ядер на концах.
• Повторяется разделение полужидкой клеточной цитоплазмы, окруженной оболочками, и формируются дочерние клетки.

 

По окончании процесса каждая клетка делится на две, имеющие собственный половинчатый набор хромосом. В результате из одной исходной клетки получаются четыре.

 

Отличие мейоза от митоза

 

Мейоз и митоз – кардинально отличающиеся друг от друга процессы. Да, это деление клеток, но принципы и последствия у них различны.

• Митоз – это наиболее распространенный в живых организмах процесс деления клеток. При этом, образуются генетически полностью идентичные друг другу клетки.
• Генетический материал равномерно распределяется по новым клеткам, обеспечивая преемственность базовой информации и структуры клеток.
• Дочерние клетки образовываются из материнской и полностью ее дублируют.
• С помощью митоза организм растет, залечивает повреждения, развивается, не изменяя своих врожденных характеристик.
• С помощью митоза происходит бесполое размножение организмов: почкование, вегетативное размножение, фрагментация, спороношение.
• Соматические клетки также делятся митозным способом, обеспечивая рост и сохранение изначального строения организма.

 

Основное различие мейоза и митоза – в процессе последнего информация ДНК, присутствующая в материнской клетке, полностью дублируется, без каких-либо изменений.

 

 

Биологическое значение мейоза

 

 

Трудно переоценить значение мейоза для живых организмов. Он позволяет виду выживать в самых неблагоприятных условиях, обеспечивая разновариантность генетического кода каждого отдельного организма. Приспособившиеся к изменениям внешней среды особи передают свои особенности потомкам.

 

 

 

Уже после первого этапа мейоза половые клетки содержат различную генетическую информацию. Все четыре клетки различаются между собой и являются носителями уникальных наборов ДНК. Впоследствии, соединяясь с половыми клетками организма противоположного пола, они дают удивительно многообразие индивидуальных особенностей даже в случае рождения разнояйцевых близнецов или сестер и братьев от одних родителей. Мейоз позволяет:

• выделять для оплодотворения клетки с половинчатым набором хромосом;
• сохранять при передаче признаки, присущие не только клеткам данного биологического вида, но индивидуальные характеристики особи;
• способствует созданию случайных, многовариативных комбинаций соединения двух половинок хромосомного набора особей в один генетический код нового организма;
• именно мейоз является источником разнообразия существующих организмов в одном виде. Каждая особь несет в себе уникальные черты, присущие только ей, и способна передать свои особенности потомству;
• без мейоза невозможно половое размножение. Для того, чтобы особенности двух отдельных организмов передались новому в случайной комбинации, их клетки должны иметь лишь половинный набор хромосом.

 

 

Конечный результат процесса мейоза – это произведение дочерних клеток в количестве четырех штук из одной родительской. При этом, полученные клетки имеют половинчатый набор хромосом, способный взаимодействовать с другими такими же клетками особи противоположного пола. Процесс называется оплодотворением. Клетки объединяются и становятся полноценными диплоидными, имеющими полный уникальный набор хромосом.