Kaikki tietävät, että sukupuolisen lisääntymisen yhteydessä syntyy uusi organismi kahden sukusolun (sukusolujen) fuusion seurauksena. Gametogeneesi eli generatiivisten solujen muodostuminen tapahtuu tietyn jakautumisen kautta, jota kutsutaan meioosiksi. Mikä on tämän prosessin ydin, mitkä ovat sen vaiheet, kerromme tässä artikkelissa.
Hieman yleistietoa
Useimmille planeettamme heteroseksuaalisille organismeille seksuaalinen lisääntyminen on ominaista. Tässä tapauksessa sukusoluilla on puolikromosomisarja, jota kutsutaan haploidiksi (n). Sukusolujen fuusion seurauksena muodostuu tsygootti, jossa diploidia palautuu, ja kromosomijoukko nimetään 2n:ksi, mikä on meioosin olemus (lyhyesti).
Esimerkiksi Drosophilassa (hedelmäkärpäsellä) on vain 4 kromosomia - tämä on diploidijoukko. Sen ytimessä olevilla sukusoluilla on vain 2 kromosomia. Ihmisellä jokaisessa ytimen solussa on 46 kromosomia ja sukusoluissa (munasoluissa ja siittiöissä) - 23 kussakin.
Muttadiploidian palautuminen seksuaalisen lisääntymisen aikana on vain pieni osa meioosin olemuksesta.
Kromosomit ja kromatidit
Seuraavan materiaalin ymmärtämiseksi on tärkeää ymmärtää näiden kahden välinen ero.
Kromosomeja (käytetään nimitystä n) kutsutaan geneettisen materiaalin kantajiksi, mutta yksinkertaisesti nämä ovat DNA-molekyylejä (deoksiribonukleiinihappo), jotka ovat moninkertaistuneet spiraalisesti ja sijaitsevat eukaryoottisolujen ytimissä (joissa on kalvovaippainen ydin) eliöt. Siinä muodossa, jossa olemme tottuneet näkemään ne oppikirjoissa ja hakuteoksissa (yllä olevassa kuvassa näkyy ihmisen kromosomit), ne näkyvät vasta interfaasin aikana, ennen solujen jakautumista, kun ne ovat jo kaksinkertaistuneet.
Mutta kromatidit (merkitty) - tämä on vain kromosomin rakenteellinen osa, joka on jo käynyt läpi replikaatioprosessin (kaksinkertaistuminen) interfaasissa ennen solujen jakautumista. Kromatidi on yksi kahdesta DNA:n kopiosta, jotka on yhdistetty tällä hetkellä erityisellä supistimella (keskomeeri).
Niin kauan kuin kaksi kromatidia on yhdistetty sentromeerillä, niitä kutsutaan sisarkromatideiksi. Ja vain solujen seksuaalisen jakautumisen (meioosin) aikana ne erottuvat ja edustavat itsenäisiä perinnöllisen materiaalin yksiköitä, ja jos niiden välillä tapahtui risteytys (myöhemmin lisää), niin niiden geenisekvenssi muuttui.
Kaikki kromosomit ovat muodoltaan ja kooltaan erilaisia yhden homologisen (identtisen) parin sisällä. Koko kromosomisarjaa saman lajin soluissa kutsutaan karyotyypiksi. Joten ihmisillä karyotyyppi on 46 kromosomia,joista 22 paria on homologisia tai autosomeja ja 23 paria sukupuolikromosomeja (X ja Y). Ihmisen sukusoluissa (siittiöissä ja munasoluissa) on puolikas (haploidi) kromosomisarja - 23 autosomia ja 1 sukupuolikromosomi (X tai Y).
Vain meioosi tarjoaa sellaisen joukon sukusoluissa.
Erityinen solunjako
Spesifinen jakautuminen sukusolujen muodostumisen kanssa - meioosi (kreikan sanasta Μείωσις, joka tarkoittaa pelkistymistä) on kahden peräkkäisen solun jakautumisen sarja, jonka seurauksena tuma jakautuu kahdesti ja kromosomit vain kerran. Tästä johtuen sukusoluissa olevien kromosomien määrä vähenee (vähenee) puoleen, mikä niiden sulautuessaan palauttaa tsygootin diploidisuuden. Tämä on sen biologinen merkitys.
Meioosi (sen vaiheet) kaikissa elävissä organismeissa tapahtuu samalla tavalla:
- Ensimmäinen jakautuminen (vähennys), jonka jälkeen kromosomien määrä puolitetaan.
- Toinen jako (yhtälö) tapahtuu yksinkertaisena jakautena (mitoosina). Sitä kutsutaan myös tasoitukseksi.
Ensimmäinen meioottinen divisioona
Kun solua valmistellaan jakautumista varten (interfaasi) ytimessä, kromosomien määrä kaksinkertaistuu (niitä on 4 n), mikä on tyypillistä yksinkertaisella jakautumisella (mitoosilla) jakautuville soluille. Sukusolujen esiasteiden soluissa (ihmisillä siittiösolut ja munasolut) tällaista kaksinkertaistamista ei tapahdu interfaasissa, ja solu aloittaa meioosin 2n kromosomien sarjalla ja ohittaaseuraavat vaiheet:
- Profaasi I. Tässä vaiheessa kromosomit tihenevät ja lähentyvät toisiaan. Homologisten kromosomien (yksi pari) konjugaatio (adheesio) tapahtuu, jonka aikana tapahtuu risteytys. Tämä prosessi on ominaista vain meioosille (mikä on ydin, kuvaamme alla). Sitten kromosomit erotetaan, soluytimen kuori tuhoutuu ja jakautumiskara alkaa muodostua.
- Metafaasi I. Karan kuidut kiinnittyvät kromosomien sentromeereihin, ja ne itse sijaitsevat jakoekvaattorilla toisiaan vastapäätä, eivätkä samalla linjalla (kuten mitoosissa).
- Anafaasi I. Karan kierteet venyttävät kromosomeja napoihin. Lyhyesti sanottuna meioosin merkitys ja olemus piilee tässä jakautumisvaiheessa - navoissa on n kromosomia.
- Telofaasi I. Tässä vaiheessa muodostuu ydinvaipat. Eläimillä ja joissakin kasveissa sytoplasma jakautuu edelleen ja muodostuu kaksi tytärsolua.
Muodostuneet solut siirtyvät välivaiheeseen, joka on joko hyvin lyhyt tai puuttuu.
Toinen meioottinen divisioona
Meiosis II:ssa on samat vaiheet:
- Prophase II. Kromosomit tihenevät, ydinkalvot katoavat ja fissiokara alkaa ilmestyä (kuva yllä).
- Metavaiheen II aikana karan muodostuminen jatkuu ja kromosomit sijaitsevat jakoekvaattorilla.
- Anafaasi II. Kromosomit venytetään solun napoihin (kuva alla).
- Telofaasi II. Ydinkalvot muodostuvat, sytoplasma jakautuukaksi solua.
Tällä jaolla kromosomien lukumäärä ei muutu, mutta jokainen niistä koostuu vain yhdestä kromatidista (rakenneyksiköstä). Tämä on meioosi II:n ydin. Solut muodostuvat haploidisilla kromosomeilla jokaisessa (n).
Meioosin biologinen merkitys
Mikä se on, se on jo käynyt selväksi:
- Meioosi on täydellinen mekanismi, joka varmistaa lajin karyotyypin (kromosomien lukumäärän) pysyvyyden, joka on ominaista sukupuoliselle lisääntymiselle.
- Kahden peräkkäisen meioosin jakautumisen vuoksi sukusolujen kromosomien määrä muuttuu haploidiseksi ja on loogista palauttaa diploidia, kun ne sulautuvat (hedelmöittyvät) ja muodostuu tsygootti, jolla on alkuperäinen diploidinen karyotyyppi.
- Se on meioosi, joka tarjoaa organismille sellaisen ominaisuuden kuin vaihtelevuus. Profaasissa I - risteytyksen vuoksi ja anafaasissa I - johtuen siitä, että homologiset kromosomit, joilla on eri geenejä, voivat päätyä eri sukusoluihin.
Mikä on Crossover
Palataanpa meioosin profaasiin I. Juuri tällä hetkellä, kun homologiset kromosomit ovat lähestyneet ja melkein tarttuneet yhteen, niiden välillä voi tapahtua minkä tahansa kohdan vaihto. Juuri tätä vaihtoa kutsutaan crossing overiksi, joka kirjaimellisesti käännettynä englannista (crossing over) tarkoittaa ylitystä tai ylitystä.
Toisin sanoen yksi kromosomin osa voi vaihtaa paikkoja samasta parista peräisin olevan toisen kromosomin saman osan kanssa. Tämä mekanismi tarjoaa organismien rekombinatiivisen geneettisen vaihtelevuuden. sekoitusgeenit lisäävät yhden lajin biologista monimuotoisuutta.
Elinkaari ja meioosi
Riippuen siitä, missä elinkaarivaiheessa meioosi esiintyy, biologiassa on kolmenlaisia meiooseja:
- Alkuvaihe (tsygootti) tapahtuu välittömästi hedelmöityksen jälkeen tsygootissa. Tämän tyyppinen meioosi on tyypillistä organismeille, joiden elinkaaressa on hallitseva haploidivaihe. Näitä ovat sienet (askomykeetit ja basidomykeetit), jotkut levät (chlamydomonas), alkueläimet (sporozoa).
- Keskivaiheista (itiöistä) meioosia esiintyy itiöiden muodostumisen aikana organismeissa, joissa diploidiset ja haploidiset muodot vaihtelevat tasaisesti. Näitä ovat korkeammat itiöt (sammaleet, sammalsammaleet, korteet, saniaiset), kevätsiemeniset ja koppisiemeniset. Eläimillä tämäntyyppinen meioosi on tyypillistä meren alkueläimille foraminifera.
- Lopullinen (gameettinen) meioosi on luontainen kaikille monisoluisille eläimille, fucus-merilevälle ja joillekin alkueläimille (siliaateille). Näissä organismeissa diploidifaasi hallitsee elinkaarta, ja vain sukusoluilla on haploidi kromosomisarja.
Yhteenveto
Oppilaat tutustuvat meioosin olemukseen 6. luokalla opiskellessaan alkueläimiä, leviä ja siirryttäessä kasvibiologian opiskeluun. Tämä yleisen biologian ja sukusolujen (sukusolujen) muodostumismekanismien avainkäsite antaa meille mahdollisuuden ymmärtää planeettamme kaiken elämän yhteisyyttä, ymmärtää kasvien ja eläinten erilaisia elinkaareja.
Lisäksi meidän pitäisi olla meioosiaovat kiitollisia biologisen Homo sapiens -lajin sisäisestä monimuotoisuudesta. Seuraavilla luokilla biologian opiskelun aikana opiskelijat jatkavat sukupuolijakautumisen vaiheiden ja perinnöllisyyden ja vaihtelevuuden lakien perehtymistä.
Erilaisten solujen jakautumisen mekanismien tutkiminen antaa meille mahdollisuuden ymmärtää niiden luonnonlakien ainutlaatuisuuden ja tarkoituksenmukaisuuden, jotka ovat muodostuneet miljardeja vuosia kestäneen evoluution aikana yhdellä aurinkokunnan planeetalla. Ja olimme onnekkaita, että syntyimme siihen.
