Мейоз при образовании гамет
Мейоз — особый вид деления клетки, при котором из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные клетки. Благодаря мейозу гаметы получают один набор хромосом, а после оплодотворения восстанавливается диплоидный набор вида.
Значение мейоза
При половом размножении участвуют мужские и женские гаметы. У человека к ним относятся сперматозоиды и яйцеклетки. Они образуются из диплоидных клеток-предшественников в результате мейоза; особенности образования яйцеклеток рассматриваются в теме оогенез.
Мейоз — деление клетки, включающее два последовательных деления после одного удвоения ДНК. Диплоидный набор обозначают \(2n\): в клетке находятся пары гомологичных хромосом. Гаплоидный набор обозначают \(n\): каждая хромосома представлена одной копией из пары. Гомологичные хромосомы — сходные по форме и набору генов хромосомы, одна из которых получена от матери, а другая — от отца.
Если бы гаметы сохраняли диплоидный набор, при каждом оплодотворении число хромосом удваивалось бы. Мейоз уменьшает число хромосом вдвое, а внутреннее оплодотворение или наружное оплодотворение объединяет две гаплоидные гаметы. Так образуется диплоидная зигота.
Мейоз уменьшает набор хромосом с \(2n\) до \(n\), а оплодотворение восстанавливает набор \(2n\). Поэтому при чередовании мейоза и оплодотворения число хромосом вида остаётся постоянным.
Два деления мейоза
Перед началом мейоза клетка проходит интерфазу. В синтетическом периоде интерфазы ДНК удваивается: каждая хромосома становится двуххроматидной. Число хромосом при этом не увеличивается, потому что две сестринские хроматиды считаются одной хромосомой, соединённой центромерой.
- I — Редукционное деление: расходятся гомологичные хромосомы, число хромосом уменьшается вдвое.
- II — Эквационное деление: расходятся сестринские хроматиды.
- G — Формируются четыре гаплоидные клетки.
Мейоз I — редукционное деление
- Профаза I. Гомологичные хромосомы сближаются и соединяются в пары. Между ними может происходить кроссинговер — обмен участками ДНК. Благодаря этому возникают новые сочетания генов.
- Метафаза I. Пары гомологичных хромосом располагаются в экваториальной плоскости клетки. Ориентация каждой пары случайна.
- Анафаза I. Гомологичные хромосомы расходятся к противоположным полюсам. Сестринские хроматиды пока остаются соединёнными.
- Телофаза I и цитокинез. Образуются две клетки с гаплоидным набором, но каждая хромосома всё ещё состоит из двух хроматид.
Главное событие первого деления — расхождение гомологичных хромосом, а не хроматид. Поэтому мейоз I называют редукционным: число хромосом уменьшается с \(2n\) до \(n\).
Мейоз II — эквационное деление
Между мейозом I и мейозом II нового удвоения ДНК не происходит. Во время мейоза II сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам. В результате из двух клеток образуются четыре генетически различающиеся гаплоидные клетки.
| Стадия | Что расходится | Набор хромосом |
|---|---|---|
| До мейоза | —; ДНК удваивается | \(2n\), двуххроматидные хромосомы |
| После мейоза I | Гомологичные хромосомы | \(n\), двуххроматидные хромосомы |
| После мейоза II | Сестринские хроматиды | \(n\), однохроматидные хромосомы |
Что расходится в анафазе I мейоза?
Изменение наборов и количества ДНК
В заданиях важно не путать число хромосом и количество молекул ДНК. До удвоения ДНК диплоидная клетка имеет \(2n\) хромосом и \(2c\) ДНК. После удвоения сохраняется \(2n\) хромосом, но количество ДНК становится \(4c\). После мейоза I — \(n\) хромосом и \(2c\) ДНК. После мейоза II — \(n\) хромосом и \(c\) ДНК.
Удвоение ДНК не удваивает число хромосом. Число хромосом уменьшается в мейозе I, а количество ДНК окончательно уменьшается после мейоза II.
Почему гаметы различаются
Генетическое разнообразие гамет возникает по двум основным причинам. Во-первых, в профазе I происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами. Во-вторых, пары гомологичных хромосом случайно ориентируются в метафазе I и независимо расходятся в анафазе I.
Если в клетке имеется \(n\) пар хромосом, только независимое расхождение может дать \(2^n\) вариантов сочетаний хромосом в гаметах. Кроссинговер увеличивает разнообразие ещё сильнее, создавая новые сочетания аллелей внутри хромосом.
Разобранный пример: число хромосом после мейоза
В клетке организма \(2n=24\) хромосомы. Определите число хромосом и молекул ДНК в одной клетке после мейоза I и в одной гамете после мейоза II.
Ответ: после мейоза I — 12 двуххроматидных хромосом и 24 молекулы ДНК; в гамете после мейоза II — 12 однохроматидных хромосом и 12 молекул ДНК.
1. Нельзя считать хроматиды отдельными хромосомами до разделения центромеры. 2. После мейоза I набор уже \(n\), хотя хромосомы двуххроматидные. 3. ДНК удваивается один раз, а клетка делится дважды. 4. В анафазе I расходятся гомологичные хромосомы, в анафазе II — сестринские хроматиды. 5. Четыре клетки после мейоза не обязаны быть одинаковыми: кроссинговер и случайное расхождение создают различия.
Связь мейоза с размножением
Мейоз характерен для полового размножения и не нужен для образования потомства при бесполом размножении, например при вегетативном размножении. При половом процессе гаметы сливаются, образуя зиготу, которая затем проходит дробление и последующие стадии эмбрионального развития. При клонировании генетически сходное потомство получают без обычного слияния гамет.
Проверьте себя
Главное
- Мейоз состоит из двух делений, которым предшествует одно удвоение ДНК.
- В мейозе I расходятся гомологичные хромосомы, а в мейозе II — сестринские хроматиды.
- Из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные клетки.
- Мейоз и оплодотворение вместе поддерживают постоянство числа хромосом вида.
- Кроссинговер и независимое расхождение хромосом обеспечивают генетическое разнообразие гамет.