"Биология (базовый уровень)", Беляев Д.К., Дымшиц Г.М., Кузнецова Л.Н. и др. / Под ред. Беляева Д.К., Дымшица Г.М.
Мейоз — особый способ деления клетки, при котором после одного удвоения ДНК происходят два деления и образуются клетки с уменьшенным вдвое набором хромосом. Он необходим для образования половых клеток: при оплодотворении их наборы объединяются, и число хромосом вида сохраняется. В профазе I возможен кроссинговер, а хромосомы распределяются между клетками независимо. Поэтому мейоз не только поддерживает постоянство числа хромосом, но и создаёт наследственные различия.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Мейоз — два последовательных деления клетки после одного удвоения ДНК, в результате которых число хромосом уменьшается вдвое и обычно образуются четыре гаплоидные клетки. Гаплоидная клетка содержит один набор хромосом, обозначаемый n. Мейоз нужен, чтобы при образовании половых клеток они получали половинный набор.
Редукционное деление — первое деление мейоза, при котором расходятся гомологичные хромосомы и число наборов хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое. Гомологичные хромосомы — парные хромосомы с генами одних и тех же признаков, одна из пары получена от матери, другая — от отца. Понимание этого деления помогает определить, когда именно клетка становится гаплоидной.
Синапсис — сближение и соединение гомологичных хромосом в профазе I мейоза. Благодаря сближению хромосомы могут обмениваться участками, а затем правильно расходиться по разным клеткам. Это понятие помогает связать события профазы с изменением наследственного материала.
Кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами, создающий новые сочетания генетического материала. Обычно обмениваются несестринские хроматиды — хроматиды разных хромосом одной пары. Кроссинговер важен потому, что потомки получают сочетания генов, отличающиеся от исходных.
Перед началом мейоза клетка удваивает ДНК, поэтому каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Репликация происходит только один раз, а делений будет два: первое распределяет гомологичные хромосомы, второе разделяет хроматиды. Если бы ДНК удваивалась перед каждым делением, количество наследственного материала не уменьшалось бы так, как требуется для образования гаплоидных клеток.
В профазе I гомологичные хромосомы сближаются и образуют пары; это и есть синапсис. Затем между несестринскими хроматидами может произойти кроссинговер — обмен соответствующими участками. Он создаёт новые комбинации генов в хромосомах, поэтому увеличивает разнообразие будущих клеток, а не меняет число хромосом.
В первом делении пары гомологичных хромосом располагаются в клетке, а затем их участники расходятся к противоположным полюсам. Какая из двух гомологичных хромосом попадёт в ту или иную дочернюю клетку, определяется независимо для каждой пары. Сестринские хроматиды пока остаются соединёнными, поэтому каждая клетка получает одинарный набор хромосом, но каждая хромосома ещё удвоена.
После мейоза I клетки переходят ко второму делению без нового удвоения ДНК. В мейозе II центромеры разделяются, и сестринские хроматиды расходятся к разным полюсам; по этому признаку процесс похож на митоз. Число наборов хромосом при этом не меняется: клетки остаются гаплоидными, но теперь каждая хромосома состоит из одной хроматиды.
В результате двух делений из одной исходной клетки обычно образуются четыре клетки с гаплоидным набором. Их наследственный материал не обязательно одинаков: различия возникают из-за кроссинговера и независимого распределения гомологичных хромосом. Именно сочетание этих механизмов делает мейоз источником генетического разнообразия.
| Признак | Мейоз I | Мейоз II |
|---|---|---|
| Что расходится к полюсам клетки | Гомологичные хромосомы | Сестринские хроматиды |
| Состояние центромер и сестринских хроматид | Центромеры не разделяются; хроматиды остаются соединёнными | Центромеры разделяются; хроматиды расходятся |
| Изменение числа наборов хромосом | Уменьшается вдвое: с 2n до n | Не меняется: остаётся n |
| Особенности профазы | Гомологичные хромосомы сближаются; возможен кроссинговер | Профаза короче, спаривания гомологов и кроссинговера нет |
| Сколько клеток образуется после деления | Две клетки | Из двух клеток образуются четыре |
Сравнивайте деления прежде всего по тому, что именно расходится к полюсам: это определяет, меняется ли набор хромосом. Для подсчёта ДНК отдельно учитывайте число хроматид в каждой хромосоме. Таблица помогает не спутать редукцию в первом делении с разделением хроматид во втором.
У исходной клетки диплоидный набор 2n = 6. Укажите число хромосом в клетках после первого деления мейоза и после второго деления. Нужно проследить за числом хромосом, а не числом хроматид. Редукция происходит при расхождении гомологичных хромосом.
Ответ: после первого деления — 3 хромосомы в каждой клетке, после второго — тоже 3.
В клетке перед мейозом содержится 2n = 8 хромосом. Сколько хромосом и молекул ДНК будет в каждой клетке непосредственно после первого деления? После удвоения каждая хромосома состоит из двух хроматид, и каждая хроматида содержит одну молекулу ДНК. Поэтому число хромосом и число молекул ДНК здесь не совпадают.
Ответ: 4 хромосомы и 8 молекул ДНК в каждой клетке.
В опыте нарушили кроссинговер, но остальные этапы мейоза прошли нормально. Как это повлияет на наследственную изменчивость потомства и на число хромосом в образовавшихся клетках? Разделим две функции мейоза: обмен участками создаёт новые комбинации генов, а расхождение гомологичных хромосом уменьшает набор. Поэтому нарушение одного механизма не обязательно блокирует другой.
Ответ: наследственная изменчивость уменьшится, но не исчезнет благодаря независимому распределению хромосом. Число хромосом в клетках будет уменьшено вдвое, как при нормальном мейозе.
Ошибка — считать, что число хромосом уменьшается во втором делении. Так думают, потому что во втором делении клетки действительно разделяют наследственный материал. Проверьте себя: редукция происходит, когда в мейозе I расходятся гомологичные хромосомы, а во втором делении — сестринские хроматиды.
Ошибка — путать хромосомы с хроматидами и считать, что после первого деления каждая хромосома уже одиночная. Причина в том, что клетки разделились, но хроматиды внутри хромосом пока не разошлись. Для проверки сосчитайте центромеры: после мейоза I набор уже n, однако у каждой хромосомы две хроматиды.
Ошибка — предполагать, что ДНК удваивается перед каждым делением. Это кажется логичным, если считать, что каждой новой клетке нужна копия ДНК, но репликация происходит один раз до мейоза I. Проверьте последовательность: между первым и вторым делениями нового удвоения нет, поэтому мейоз II начинает клетка с хромосомами из двух хроматид.
Ошибка — считать, что кроссинговер происходит между сестринскими хроматидами. Их копии близки по составу, поэтому обмен между ними не объяснил бы появления новых сочетаний генов. Убедитесь, что речь идёт о несестринских хроматидах гомологичных хромосом, которые сближаются в профазе I.
Для понимания мейоза нужно знать строение хромосомы, различать гомологичные хромосомы и сестринские хроматиды, а также понимать обозначения диплоидного и гаплоидного наборов. Сравнение с митозом показывает, почему одинаковое слово «деление» описывает процессы с разными результатами: митоз сохраняет набор, а мейоз его уменьшает. Эти знания понадобятся при изучении образования половых клеток и оплодотворения, когда два гаплоидных набора объединяются. Кроссинговер и независимое распределение хромосом помогают объяснить наследственное разнообразие организмов.
Почему мейоз состоит из двух делений, если удвоение ДНК происходит только один раз?
После единственного удвоения ДНК первое деление разделяет гомологичные хромосомы, а второе — сестринские хроматиды. Если бы перед каждым делением ДНК удваивалась, набор хромосом не уменьшался бы должным образом.
На каком этапе мейоза число хромосом уменьшается вдвое?
Это происходит в первом делении мейоза, когда гомологичные хромосомы расходятся к разным полюсам. Каждая дочерняя клетка получает по одной хромосоме из каждой пары.
Чем гомологичные хромосомы отличаются от сестринских хроматид?
Гомологичные хромосомы — пара хромосом, одна из которых получена от матери, другая — от отца; они несут гены одних и тех же признаков. Сестринские хроматиды — две копии одной хромосомы, соединённые после удвоения ДНК.
Когда происходит кроссинговер и каково его значение?
Кроссинговер обычно происходит в профазе I между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом. Обмен участками создаёт новые сочетания генетического материала и увеличивает наследственную изменчивость.
Почему клетки, образовавшиеся в результате мейоза, генетически различаются?
Гомологичные хромосомы независимо распределяются между клетками в первом делении. Кроме того, кроссинговер меняет сочетания участков хромосом, поэтому итоговые клетки обычно различаются по наследственному материалу.
§ 24. Мейоз
