"Биология (базовый и углублённый уровни)", Агафонова И.Б., Сивоглазов В.И.
Мейоз — деление, благодаря которому половые клетки получают вдвое меньше хромосом, чем клетки тела. При оплодотворении наборы двух гамет объединяются, и диплоидное число восстанавливается. Образование гамет у животных называют гаметогенезом: в мужском организме оно приводит к появлению сперматозоидов, в женском — яйцеклеток. Мейоз включает два деления после одного удвоения ДНК, а обмен участками хромосом создаёт новые сочетания наследственной информации.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Мейоз — особый тип деления клетки, при котором после двух последовательных делений число хромосом уменьшается вдвое. Он образует клетки с гаплоидным набором, поэтому после слияния гамет при оплодотворении восстанавливается обычный для организма диплоидный набор.
Гаметогенез — процесс образования и развития половых клеток у животных. Он включает размножение клеток-предшественников, их рост и созревание; так организм формирует гаметы для полового размножения.
Сперматогенез — образование и созревание сперматозоидов. Исходные клетки размножаются, растут, проходят мейоз, а затем приобретают строение зрелых подвижных клеток; в итоге из одной клетки, вступившей в мейоз, обычно возникают четыре функциональные гаметы.
Овогенез — образование и созревание яйцеклеток. При делениях цитоплазма распределяется неравномерно: одна клетка сохраняет её основную часть, а небольшие полярные тельца получают мало цитоплазмы и обычно не становятся функциональными гаметами.
Гаметогенез начинается с размножения первичных половых клеток митозом — делением, при котором дочерние клетки сохраняют набор хромосом исходной клетки. Благодаря этому образуется запас клеток-предшественников. Затем часть клеток растёт: накапливает вещества и увеличивает объём, подготавливаясь к созреванию и будущему мейозу.
Перед мейозом ДНК удваивается, потому что каждой хромосоме нужно получить копию для распределения при двух делениях. После репликации число хромосом не меняется: каждая состоит из двух сестринских хроматид. В профазе I гомологичные хромосомы сближаются, а несестринские хроматиды могут обменяться одинаковыми участками. Этот обмен называют кроссинговером; он создаёт новые сочетания наследственных вариантов.
В первом делении мейоза гомологичные хромосомы расходятся к противоположным полюсам клетки. Каждая дочерняя клетка получает только одну хромосому из каждой пары, поэтому набор становится гаплоидным. Хромосомы при этом ещё состоят из двух сестринских хроматид, и именно поэтому важно отличать число хромосом от количества ДНК в клетке.
Во втором делении мейоза к полюсам расходятся сестринские хроматиды. По самому принципу разделения это деление напоминает митоз, но начинается уже в клетках с гаплоидным набором. В результате образуются клетки, в каждой из которых хромосомы состоят из одной хроматиды; перед вторым делением ДНК повторно не удваивается.
Итог зависит от того, как распределяется цитоплазма при созревании гамет. При сперматогенезе деления дают четыре клетки, которые превращаются в сперматозоиды. При овогенезе почти вся цитоплазма остаётся в одной клетке, поэтому получается одна крупная яйцеклетка и полярные тельца; такое распределение обеспечивает яйцеклетку запасами для начального развития зародыша.
| Признак | Сперматогенез | Овогенез |
|---|---|---|
| Тип образующихся половых клеток | Сперматозоиды | Яйцеклетки |
| Особенности роста исходной клетки | Клетка растёт; зрелые сперматозоиды имеют мало цитоплазмы | Клетка значительно увеличивается, накапливая цитоплазму и вещества |
| Распределение цитоплазмы при делениях | Более равномерное | Неравномерное: основная часть остаётся в одной клетке |
| Число функциональных гамет из одной исходной клетки | Четыре | Одна |
| Дополнительные продукты деления | Обычно не выделяют отдельные полярные тельца | Полярные тельца |
| Результат мейоза — набор хромосом | Гаплоидный (n) | Гаплоидный (n) |
Сравнивайте процессы по двум отдельным вопросам: сколько клеток получает гаплоидный набор и сколько из них становится функциональными гаметами. Набор хромосом у яйцеклетки и сперматозоида одинаково гаплоидный, а различие в основном связано с распределением цитоплазмы и итоговым числом полноценных клеток.
У животного диплоидный набор составляет 2n = 18. Определите число хромосом в зрелой гамете. Нужно перейти от диплоидного набора клеток тела к гаплоидному набору гаметы: мейоз уменьшает число хромосом вдвое.
Ответ: зрелая гамета содержит 9 хромосом.
В клетке перед первым делением мейоза 12 пар гомологичных хромосом. Определите, сколько хромосом окажется в каждой дочерней клетке после мейоза I и после мейоза II. Здесь важно следить не только за количеством ДНК, но и за тем, что считается отдельной хромосомой: пока сестринские хроматиды соединены, они образуют одну хромосому.
Ответ: после мейоза I — 12 хромосом в каждой клетке; после мейоза II — также 12 хромосом в каждой клетке. Количество ДНК между этими этапами меняется, но число хромосом в отдельной клетке остаётся тем же.
Одна диплоидная клетка-предшественница вступила в овогенез. Объясните, какие клетки образуются после мейоза и почему только одна из них становится яйцеклеткой. Само число продуктов деления ещё не показывает, какая клетка сможет выполнять функцию гаметы: нужно учесть объём полученной цитоплазмы.
Ответ: образуется одна функциональная яйцеклетка и полярные тельца. Неравномерное деление сохраняет в яйцеклетке вещества и цитоплазму, необходимые для первых этапов развития зародыша.
Ошибка: считать, что число хромосом уменьшается вдвое в каждом делении мейоза. Так думают, потому что мейоз включает два деления, но редукция набора происходит в первом, когда расходятся гомологичные хромосомы. Во втором расходятся сестринские хроматиды, а число хромосом в каждой клетке не уменьшается. Проверьте себя: назовите, какие именно структуры расходятся на каждом этапе.
Ошибка: считать, что удвоение ДНК перед мейозом удваивает число хромосом. Путаница возникает из-за того, что ДНК становится вдвое больше, хотя каждая хромосома просто состоит из двух хроматид. Проверка: до разделения центромеры две хроматиды считаются одной хромосомой.
Ошибка: полагать, что кроссинговер проходит между сестринскими хроматидами. Он происходит между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом в профазе I; сестринские хроматиды являются копиями одной хромосомы. Чтобы проверить ответ, найдите в формулировке две разные гомологичные хромосомы.
Ошибка: ожидать, что овогенез даёт четыре одинаковые гаметы, как сперматогенез. Такое предположение игнорирует неравномерное распределение цитоплазмы при делениях. Проверьте себя вопросом: какая клетка получает основной запас цитоплазмы? Только она становится крупной функциональной яйцеклеткой, остальные продукты — полярные тельца.
Для понимания мейоза нужно знать строение хромосомы и различать гомологичные хромосомы и сестринские хроматиды, а также понимать, что означают диплоидный и гаплоидный наборы. Эти понятия позволяют проследить, какие структуры расходятся при каждом делении. Мейоз связан с оплодотворением: слияние гаплоидных гамет восстанавливает диплоидный набор. Кроссинговер и распределение хромосом объясняют наследственную изменчивость и подготавливают к изучению генетики.
Почему перед мейозом ДНК удваивается только один раз?
Удвоение ДНК создаёт по две сестринские хроматиды у каждой хромосомы, чтобы их можно было распределить при двух делениях. Между мейозом I и мейозом II новой репликации нет: иначе число наборов ДНК снова увеличилось бы.
Чем первое деление мейоза отличается от второго?
В первом делении расходятся гомологичные хромосомы, поэтому число хромосом в клетках уменьшается вдвое. Во втором разделяются сестринские хроматиды; набор остаётся гаплоидным.
В какой фазе происходит кроссинговер?
Кроссинговер происходит в профазе I мейоза. Участками обмениваются несестринские хроматиды гомологичных хромосом.
Почему после мейоза в гаметах вдвое меньше хромосом?
При первом делении каждая пара гомологичных хромосом разделяется между двумя клетками. Поэтому каждая гамета получает одинарный, гаплоидный набор, который при оплодотворении объединяется с набором другой гаметы.
Почему при овогенезе образуется только одна яйцеклетка?
При делениях цитоплазма распределяется неравномерно: почти все её запасы получает одна крупная клетка. Она становится яйцеклеткой, а небольшие полярные тельца обычно не участвуют в оплодотворении.
20. Образование половых клеток у животных. Мейоз
