Мейоз

На этой странице вы узнаете

• Умеют ли хромосомы танцевать?
• Кто такие химеры? 
• Почему в половых клетках только гаплоидный набор хромосом?

Существует легенда о том, что природа создает 8 одинаковых людей и расселяет их по миру, чтобы хотя бы один из них выжил. А их встреча приводит к сбою системы и неминуемой гибели одного из них. Конечно, это все из раздела фантастики. Возможно,  вы когда-то задумывались, почему нет абсолютно одинаковых людей, за исключением близнецов. Даже братья и сестры, имеющие одних родителей отличаются внешне. Данная статья поможет раскрыть эту тайну.

Понятие мейоза

Мейоз — это способ деления ядра клеток, в результате которого происходит уменьшение числа хромосом так, что из каждой пары гомологичных хромосом дочерняя клетка получает только одну хромосому.

Мейоз — это основа для такого процесса, как размножение. У представителей царства Животные, благодаря мейозу, образуются половые клетки, у высших растений — споры, а у грибов и водорослей — клетки мицелия или таллома, формируемые из зиготы. 

В тестовых заданиях ОГЭ и ЕГЭ часто встречается вопрос о том, в каких именно клетках живых организмов происходит процесс мейоза.

В каких клетках происходит мейоз:

1) клетках крови птицы
2) меристемы пшеницы
3) половых желез мыши
4) мышцах человека

В данном случае правильный ответ — 3. И секрет успешного ответа очень прост — достаточно знать, что мейоз всегда приводит к образованию клеток, участвующих в размножении, и всегда сопровождается уменьшением числа хромосом. 

Перед делением клетка вступает в подготовительную стадию — интерфазу. В ней выделяют следующие периоды:

G1-период	Происходит рост клетки, синтез (образование) необходимых органоидов и веществ.
S-период	Каждая хроматида (из которых состоят хромосомы) копируется. Число хромосом остается прежним, но каждая из них состоит из двух идентичных сестринских хроматид, соединяющихся в области центромер. Этот процесс называется репликация — процесс удвоения хромосом. Соответственно, количество цепей ДНК также увеличивается вдвое.
G2-период	Продолжается рост клетки и синтез веществ.

Клетка, которая непосредственно вступает в процесс деления, — диплоидная с удвоенным количеством ДНК — 2n4c.

Более подробно обо всех процессах, происходящих во время интерфазы, вы можете прочитать в статье «Митоз», так как интерфаза перед митозом и мейозом происходит идентично.

После того как клетка завершит подготовку к делению, она приступает к самому делению.

Мейоз состоит из двух делений: первое редукционное, в котором число хромосом и молекул ДНК уменьшается вдвое, и второе — эквационное, во время которого число хромосом сохраняется, а количество ДНК уменьшается вдвое.

Первое деление мейоза (редукционное)

Фаза	Процессы
Профаза I       2n4c
Лептотена	Хромосомы очень тонкие. Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Визуально хромосомы неразличимы.
Зиготена	В клетке происходит конъюгация. Во время этого процесса гомологичные хромосомы узнают друг друга и соединяются.   Гомологичные хромосомы — это пара хромосом (одна материнская, другая отцовская), которые имеют один и тот же набор генов.  Данные гомологичные хромосомы, соединенные в пары, принято называть бивалентами. Оболочка ядра начинает распадаться, к противоположным полюсам клетки расходятся центриоли, начинают образовываться нити веретена деления, ядрышки исчезают.
Пахитена	Спирализация и компактизация хромосом: они утолщаются и укорачиваются. Происходит кроссинговер.  Кроссинговер — процесс, в ходе которого гомологичные хромосомы обмениваются участками. Кроссинговер приводит к рекомбинации генов, то есть теперь сестринские хроматиды в каждой хромосоме неодинаковы. Поэтому братья и сестры неодинаковы, хотя у них одни и те же родители. Исключением являются однояйцевые близнецы.
Диплотена	Хромосомы отталкиваются друг от друга в области центромеры, а в области плеч они остаются соединенными. Они как будто бы держатся за ручки парами.  Хиазма — точка, в которой две гомологичные несестринские хроматиды обмениваются генетическим материалом в ходе кроссинговера.
Диакинез	Гомологичные хромосомы отталкиваются еще сильнее и удерживаются только концами плеч. Образуется веретено деления.
Метафаза I  2n4c	Биваленты перемещаются к экватору и выстраиваются в ряд, образуя метафазную пластинку. К центромере, к каждой двухроматидной хромосоме, прикрепляется одна нить веретена деления. Многие русские народные танцы подразумевают хоровод в своем составе. Вот в метафазу I биваленты выстраиваются хороводом по экватору клетки.
Анафаза I 2n4c	Нити веретена деления разрывают биваленты. К противоположным полюсам клетки расходятся хромосомы. Каждая хромосома удвоена и состоит из двух сестринских хроматид. В некоторых народных танцах в определенный момент танцующие выстраиваются в две «стенки» (два ряда) напротив друг друга и расходятся назад. Также танцуют и хромосомы, расходясь к полюсам клетки.
Телофаза I n2c	Хромосомы деспирализуются, то есть становятся тонкими. Вокруг хромосом восстанавливается оболочка ядра и ядрышко. Далее цитоплазма клетки делится (цитокинез). Образуются 2 дочерние клетки, ядра которых содержат число хромосом, уменьшенное вдвое по сравнению с материнской клеткой.

Умеют ли хромосомы танцевать? Да. В процессе деления они передвигаются по цитоплазме клетки, будто бы совершая движения сложного и хорошо отрепетированного танца. Во время танца хромосомы могут обмениваться гомологичными участками, то есть теми участками, в которых расположены одинаковые гены. В результате таких переносов возникает множество новых комбинаций. Поэтому мы похожи немного на папу и немного на маму.

Второе деление мейоза (эквационное)

Интерфаза между первым и вторым делениями короткая, в ней не происходит репликации ДНК, и каждая хромосома содержит по две сестринские хроматиды.

Дальше процессы деления будут проходить в двух образовавшихся клетках параллельно. Обратите, пожалуйста, внимание, дальше мы будем говорить только про одну из них.

Фаза	Процессы
Профаза II  n2c	Постепенно разрушаются ядерная оболочка и ядрышко. Хромосомы спирализуются, то есть утолщаются и становятся хорошо различимы. Центриоли расходятся по полюсам клетки. Формируется веретено деления.
Метафаза II   n2c	Хромосомы, как ответственные танцоры хоровода, выстраиваются в линию по экватору клетки.  Одним концом нити веретена деления прикрепляются к центромерам, другим концом к центриолям.
Анафаза II  2n2c	Нити веретена деления делят двухроматидные хромосомы на две однохроматидные хромосомы.  Дочерние хромосомы расходятся по полюсам клетки. В итоге из каждой хромосомы образовались 2 новые, при этом количество ДНК не поменялось. Хромосомный набор у каждого полюса — 1n1c, в клетке — 2n2c.
Телофаза II nc	Вокруг каждого набора хромосом образуется ядро.  Каждое ядро ​​состоит из гаплоидного набора хромосом. Нити веретена деления исчезают. Происходит цитокинез.  В итоге из одной диплоидной клетки образовались 4 клетки с гаплоидным (одинарным) набором хромосом.

Кто такие химеры? Ученые биологи из Японии, Испании и США создали эмбрион, в котором объединили клетки свиньи и человека. Ученые ввели в яйцеклетку человека стволовые клетки свиньи. Такой эмбрион назвали химерой. По этическим причинам такое скрещивание запрещено и не подлежит дальнейшим исследованиям.

Разница между митозом и мейозом

Эту иллюстрацию можно распечатать и поместить в рамочку на своем столе, так как она идеально отражает отличия митоза от мейоза. На экзамене часто в заданиях разной степени сложности попадаются вопросы об этом. Итак, важное отличие митоза от мейоза: 

• В итоге митоза образуется две дочерние диплоидные (с количеством хромосом, характерным для любой особи данного вида) клетки, полностью идентичные материнской. На рисунке они такие же фиолетовые с 46 хромосомами, как и материнская. 

• В итоге мейоза образуется четыре дочерние клетки с гаплоидным набором хромосом (половина от диплоидного). При этом в процессе кроссинговера и независимого расхождения в них произошло изменение генетической информации. Поэтому на рисунке каждая из них отличается цветом и числом хромосом от материнской. 

Во всех вариантах ЕГЭ обязательно присутствуют задания на определение количества хромосом в той или иной фазе митоза или мейоза. Ниже приведены примеры таких заданий относительно мейоза и их решения.

Пример 1.
В клетках слизистой оболочки желудка позвоночного животного 24 хромосомы. Определите количество хромосом в профазе мейоза 2 при образовании гамет? В ответ запишите только соответствующее число.

Решение. 
В профазе второго деления клетки набор хромосом — n2c, так как во время телофазы первого деления количество хромосом уменьшилось вдвое. Здесь нужно вспомнить, что клетки слизистой оболочки желудка соматические, а это значит, что они диплоидные 2n2c (n — число хромосом, c — число ДНК). Следовательно, необходимо количество хромосом уменьшить вдвое.

Ответ: 12.

Пример 2.
Соматические клетки лошади содержат 40 хромосом. Определите количество хромосом и молекул ДНК в ядре при образовании гамет перед началом деления и в конце телофазы мейоза II? 

Решение.
В соматических клетках двойной набор хромосом 2n2c — 40 хромосом и 40 молекул ДНК.
В интерфазе, перед началом деления, проходит репликация ДНК, генетический набор 2n4с — 40 хромосом и 80 молекул ДНК.
В конце телофазы мейоза II набор nc — 20 хромосом и 20 молекул ДНК.

Ответ: перед началом деления — 40 хромосом и 80 молекул ДНК, в конце телофазы мейоза II — 20 хромосом и 20 молекул ДНК.

Биологическое значение мейоза

1. Мейоз дает возможность образовывать гаметы у животных и споры у большинства растений и грибов.
2. Результатом мейоза является уменьшение количества хромосом вдвое. Благодаря этому, сохраняется постоянство числа хромосом в поколениях. 
3. Во время мейоза происходит перетасовка генов — кроссинговер. Данная перетасовка — основа комбинативной изменчивости (о которой вы можете почитать в статье «Закономерности изменчивости») и разнообразия живого мира.

Почему в половых клетках только гаплоидный набор хромосом? Только представьте, если бы этот процесс проходил иначе, тогда набор хромосом из поколения в поколение увеличивался бы вдвое. Например, у человека при оплодотворении сперматозоид, имеющий 46 хромосом, сливался бы с яйцеклеткой с таким же набором. Зародыш получил бы 92 хромосомы, а это только первое поколение!  С генетической точки зрения это привело бы к накоплению мутаций, фенотипических изменений, но, скорее всего, даже к летальному исходу.

Фактчек

• Мейоз — деление, в процессе которого из одной диплоидной (2n) клетки образуется 4 гаплоидные (n) клетки.
• Мейоз у животных происходит при формировании гамет. Мейоз у большинства растений и грибов происходит при образовании спор.
• Мейоз состоит из двух делений. Первое деление — редукционное: уменьшается плоидность клетки в результате расхождения гомологичных хромосом по двум разным дочерним клеткам. Второе деление — эквационное: как и при митозе, расходятся сестринские хроматиды.
• Мейоз является основой комбинативной изменчивости.

Проверь себя

Задание 1.
Когда происходит конъюгация хромосом?

1. зиготена
2. лептотена
3. пахитена
4. диплотена

Задание 2.
В какой фазе мейоза 1 происходит кроссинговер?

1. метафаза 1
2. профаза 1
3. анафаза 1
4. телофаза 1

Задание 3.
В какой фазе мейоза биваленты расходятся по полюсам клетки?

1. метафаза 1
2. анафаза 2
3. анафаза 1
4. профаза 2

Задание 4.
Каков набор хромосом и количество ДНК в начале первого деления мейоза?

1. 2n2c
2. 4n4c
3. n2c
4. 2n4c

Ответы: 1. — 1; 2. — 2; 3. — 3; 4. — 4.