§ 16. Деление клеток

Определения и обозначения

Клеточный цикл — период жизни клетки от её образования до следующего деления или гибели. В нём выделяют интерфазу и этап деления клетки. Это понятие помогает проследить, когда клетка растёт, копирует наследственную информацию и распределяет её.

Интерфаза — период между делениями, когда клетка растёт, выполняет свои функции и удваивает ДНК. Она не является просто «паузой»: в это время клетка готовит всё необходимое для дальнейшего деления. Благодаря этому дочерние клетки смогут получить наследственный материал.

Митоз — деление ядра, при котором из одной клетки образуются две дочерние с таким же набором хромосом. Перед делением ДНК копируется, а затем копии распределяются по дочерним ядрам. Митоз позволяет сохранять число хромосом при росте и обновлении организма.

Мейоз — два последовательных деления, в результате которых образуются клетки с уменьшенным вдвое набором хромосом. Между этими делениями ДНК заново не удваивается. Мейоз нужен для образования половых клеток, чтобы при оплодотворении восстанавливался характерный для вида набор.

Как это устроено

Перед делением клетка проходит интерфазу, потому что ей нужно подготовить ресурсы и наследственный материал. Она растёт, накапливает вещества и удваивает ДНК. Если бы копии ДНК не появились заранее, дочерние клетки не смогли бы получить полный набор наследственной информации. Удвоение также позволяет клетке распределить копии хромосом между будущими ядрами.

При митозе хромосомы последовательно меняют положение, чтобы каждая дочерняя клетка получила по одной копии каждой хромосомы. Сначала они уплотняются и становятся хорошо различимыми. Затем располагаются в центральной части клетки, после чего копии расходятся к противоположным полюсам. Там формируются два ядра с одинаковым набором хромосом.

После разделения ядра обычно разделяется и цитоплазма. Это необходимо, чтобы две группы наследственного материала оказались в отдельных клеточных пространствах, а не в одной общей клетке. Органоиды и цитоплазма распределяются между образующимися частями. В результате возникают две самостоятельные клетки, способные выполнять собственные функции.

Мейоз отличается от митоза числом делений и итоговым набором хромосом. При митозе происходит одно деление ядра, а набор сохраняется; при мейозе идут два последовательных деления, и набор уменьшается вдвое. Уменьшение необходимо, чтобы после слияния двух гамет при оплодотворении число хромосом не удваивалось. Так поддерживается постоянство набора у организмов одного вида.

Мейоз создаёт наследственную изменчивость двумя способами. При кроссинговере гомологичные хромосомы обмениваются участками, поэтому в них возникают новые сочетания генетической информации. Кроме того, материнские и отцовские хромосомы случайно расходятся по дочерним клеткам. Поэтому образующиеся гаметы одного организма обычно различаются набором наследственных вариантов.

Сравнение митоза и мейоза

Сначала сравните число делений и количество получившихся клеток: это быстро показывает главное различие процессов. Затем проверьте, сохраняется ли набор хромосом и одинаковы ли дочерние клетки. Последняя строка связывает особенности каждого процесса с его ролью в организме.

Разбор задач

Задача 1. В соматической клетке животного 2n = 12. Сколько хромосом будет в каждой дочерней клетке после митоза? Нужно определить, меняет ли митоз исходный набор. Обозначение 2n = 12 означает, что исходная клетка содержит 12 хромосом.

1. При митозе число хромосом в дочерних клетках сохраняется.
2. Следовательно, в каждой дочерней клетке будет столько же хромосом, сколько было в исходной: 12.

Ответ: по 12 хромосом в каждой дочерней клетке.

Задача 2. В клетке перед мейозом диплоидный набор равен 2n = 8. Какой набор хромосом будет в клетках после завершения мейоза? Важно не умножать число хромосом на количество делений, а учесть результат мейоза. Два последовательных деления приводят к уменьшению исходного набора вдвое.

1. Исходное число хромосом равно 8.
2. При мейозе набор уменьшается в два раза: 8 ÷ 2 = 4.
3. После завершения мейоза каждая образовавшаяся клетка содержит гаплоидный набор n = 4.

Ответ: по 4 хромосомы в каждой клетке.

Задача 3. Объясните, почему гаметы одного организма могут различаться по сочетанию материнских и отцовских хромосом, хотя образовались мейозом. Одинаковое происхождение клеток не означает, что их наследственный материал распределился совершенно одинаково. Нужно учесть два источника новых сочетаний.

1. Гомологичные хромосомы могут обмениваться участками при кроссинговере.
2. При мейозе пары гомологичных хромосом расходятся случайно, поэтому в разные клетки попадают разные сочетания материнских и отцовских хромосом.
3. Эти процессы действуют совместно и делают наборы наследственной информации в гаметах неодинаковыми.

Ответ: гаметы различаются благодаря кроссинговеру и случайному расхождению гомологичных хромосом.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что удвоение ДНК удваивает число хромосом. Это путают, потому что после копирования у хромосомы появляются две хроматиды. Проверьте число центромер: пока хроматиды соединены, хромосому считают одной.

Ошибка: путать митоз и мейоз. Оба процесса связаны с делением клетки, поэтому их результат может казаться одинаковым. Проверьте, сохраняется ли число хромосом: митоз сохраняет набор, а мейоз уменьшает его вдвое.

Ошибка: считать мейоз одним делением. Так можно решить, если помнить лишь о начале и конце процесса. Проверьте последовательность: мейоз включает два деления, но удвоение ДНК происходит перед ними, а не перед каждым.

Ошибка: полагать, что клетки после мейоза полностью одинаковы. Иногда это кажется верным, потому что все они произошли из одной исходной клетки. Проверьте, были ли кроссинговер и случайное расхождение хромосом: эти процессы создают разные сочетания наследственного материала.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в делении клеток, нужно знать строение хромосом и ДНК, а также различать гомологичные хромосомы и хроматиды. Митоз объясняет рост организма, восстановление тканей и бесполое размножение. Мейоз связан с образованием гамет и оплодотворением: он позволяет объединить наследственный материал родителей без удвоения числа хромосом. Поэтому тема помогает понять, как передаются признаки потомству и откуда берётся наследственная изменчивость.

Что запомнить

• Перед делением клетки ДНК удваивается в интерфазе.
• При митозе образуются две клетки с тем же набором хромосом, что был у исходной клетки.
• Мейоз включает два последовательных деления.
• После мейоза число хромосом в дочерних клетках уменьшено вдвое.
• Кроссинговер происходит между гомологичными хромосомами и создаёт новые сочетания наследственного материала.
• Мейоз обеспечивает образование клеток для полового размножения и наследственную изменчивость.