Мейоз. Полиплоидия

Мейоз протекает в специализированных клетках. Это первое его отличие от митоза. Мейоз протекает только в определенные моменты жизненного цикла данного организма. Это второе отличие. В результате мейоза и цитокинеза из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные — гаметы или споры. В этом заключается третье отличие от митоза.

Гамета - это клетка, которая при слиянии с другой гаметой образует диплоидную зиготу. Зигота затем может делиться мейо-тически, образуя 4 гаплоидные клетки, либо мптотически, давая начало многоклеточному диплоидному организму. Гаплоидные клетки могут формировать самостоятельные одноклеточные организмы. При формировании многоклеточного диплоидного организма он в большинстве случаев па определенном этапе образует гаплоидные споры или гаметы путем мейотпческого деления.

Спора — это клетка, которая может развиваться в целый организм без объединения с другими клетками. Споры часто делятся мптотически, в результате этого формируется гаплоидный многоклеточный организм, у которого путем митоза образуются гаметы.

В чем биологическое значение мейоза?

В результате полового процесса при слиянии двух гамет число хромосом удваивается, г. к. они между собой не сливаются. Один набор в яйцеклетке от женского организма и ее гамет, другой мужской. Поскольку половой процесс повторяется из поколения в поколение, число хромосом должно было бы удваиваться до бесконечности. Однако этого не наблюдается, потому что у живых существ имеется особый механизм, посредством которого увеличенное вдвое, диплоидное, при половом процессе число хромосом соответственно уменьшается до гаплоидного. Мейоз является редукционным делением ядра (от греческого мейон — уменьшение).

Мейоз состоит из двух последовательных делений ядра.

Первое деление мейоза

В профазе I (как и в профазе митоза) хроматин ядра переходит в конденсированное состояние — образуются типичные для данного вида растения хромосомы. Ядерная оболочка и ядрышко исчезают. В начале профазы I каждая хромосома состоит из двух идентичных хроматид, поскольку хромосомы удвоились во время предшествующей интерфазы. Хроматиды скреплены центромерой. Но прежде чем хроматиды станут заметны, гомологичные хромосомы спариваются (конъюгируют) друг с другом. Конъюгация происходит очень точно, она начинается с одного или нескольких участков и продо.хжается вдоль всей хромосомы подобно застегиванию молнии. Каждый гомолог происходит от одного родителя и состоит из двух идентичных хроматид. Таким образом, гомологичные пары состоят из четырех хроматид. Конъюгация гомологичных хромосом является обязательной частью мейоза. В гаплоидных клетках она происходить не может, потому что в них отсутствуют гомологи. Сам процесс спаривания называется синапсисом, а объединившиеся пары гомологичных хромосом — бивалентными. К концу профазы I гомологичные хромосомы разъединяются, но хроматиды удерживаются вместе.

В метафазе I становится заметной веретоновпдная структура. Центромеры гомологичных хромосом располагаются в противоположных сторонах от экватора. В чем отличие от митоза?

Анафаза I начинается с расхождения гомологичных хромосом и движения их в направлении полюсов. (Снова отмечаем отличие от митоза. В анафазе митоза центромеры делятся и идентичные хроматиды расходятся.) Центромеры не делятся, хроматиды остаются вместе. Разъединяются гомологичные хромосомы. Однако из-за обмена фрагментами в результате кроссинговера хроматиды не идентичны, как в начале мейоза.

В телофазе I спиралпзация хромосом ослабевает, они удлиняются и снова становятся неразличимыми. По мере перехода к интерфазе из ЭПР возникает ядерная оболочка, вновь образуется ядрышко и возобновляется синтез белка. Однако у многих организмов интерфаза отсутствует и от телофазы I ядро переходит к профазе II второго мейотнческого деления.

Второе деление мейоза

В начале второго мейотнческого деления хроматиды все еще связаны центромерами. Это деление похоже на митоз.

В метафазе II снова появляется веретено и хромосомы, состоящие из двух хроматид. Хромосомы прикреплены центромерами к нитям веретена и выстраиваются в экваториальной плоскости. В анафазе II центромеры делятся и расходятся, а сестринские хроматиды, ставшие теперь хромосомами, движутся к противоположным полюсам.

В телофазе II образуются новые ядерные оболочки и ядрышки, сжатие хромосом ослабевает и в интерфазном ядре они становятся невидимыми.

Результаты мейозы в отличие от митоза следующие.

  • 1. Образуются 4 ядра в результате двух делений.
  • 2. Каждое из четырех ядер гаплоидно.
  • 3. Ядра содержат новые комбинации хромосом. Данная особенность чрезвычайно важна, т. к. обеспечивает разнообразие хромосомных наборов и, следовательно, признаков у последующих поколений, т. е. дает материал для эволюции организмов.

В некоторых случаях образования половых клеток не предшествует редукция числа их хромосом и они остаются диплоидными. В результате этого все клетки образующегося после оплодотворения растения будут содержать тройной набор хромосом. Такие клетки и содержащие их растения называются полиплоидными. Степень плопдностп может быть и больше четырех, например, восьми, реже, шестнадцати, тридцати двух и т. н. Возникновение полиплоидных организмов может быть следствием нарушений в мейозе, вызываемых искусственно. Например, облучением, обработкой веществами, разрушающими микротрубочки веретена и др.

Растения-полиплоиды обычно выглядят иначе, чем растения-диплоиды. Они имеют более крупные размеры, что связано с большими размерами их клеток и ядер. Многие высокопродуктивные сорта культурных растения: томатов, кукурузы, пшеницы и других — являются полиплоидами.

Часто полиплоидными становятся отдельные клетки и ткани одного и того же растения. Это происходит в результате нарушения митоза, когда в профазе ядерная оболочка не распадается, количество хромосомного материала неоднократно удваивается, а расхождение хромосом и образование дочерних ядер не происходит. Такой процесс возникновения полиплоидных клеток называется эндомитозом, т. е. удвоения (часто многократного) хромосомного материала в одном и том же ядре. Эндомитоз характерен для специализированных клеток (например, выделительных, трихом, члеников сосудов, волокон).

Вопросы и задания для усвоения темы

  • 1. Каково биологическое значение митоза и мейоза?
  • 2. Дайте сравнительную характеристику типов деления клеточных ядер.
  • 3. Выясните, какие широко распространенные сорта культурных растений являются полиплоидами. Каковы их свойства?

Тема III

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >