"Биология. Общие биологические закономерности", Т. М. Ефимова, А. О. Шубин, Л. Н. Сухорукова
Мейоз — деление клетки, при котором из одной диплоидной клетки обычно образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом. Он происходит при образовании половых клеток и спор: благодаря уменьшению числа хромосом при оплодотворении восстанавливается диплоидный набор. Перед делением ДНК удваивается один раз, а затем клетка проходит два деления. Обмен участками хромосом и их случайное расхождение создают разные сочетания наследственного материала.
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 из одной диплоидной клетки образуются четыре гаплоидные клетки. Диплоидная клетка имеет два набора хромосом, а гаплоидная — один. Такое деление нужно, чтобы при образовании гамет число хромосом уменьшалось вдвое и не удваивалось при каждом оплодотворении.
Конъюгация хромосом — сближение и попарное соединение гомологичных хромосом в профазе I мейоза. Гомологичные хромосомы содержат гены для одних и тех же признаков, но могут нести разные варианты этих генов. Их сближение создаёт условия для обмена участками наследственного материала.
Кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами. Обмен происходит между их хроматидами и может дать хромосомы с новыми сочетаниями вариантов генов. Благодаря этому потомство получает больше наследственных комбинаций.
Редукционное деление — первое деление мейоза, при котором число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое. Оно называется редукционным, потому что пары гомологичных хромосом разделяются, а в каждой клетке остаётся только один представитель пары. При этом каждая хромосома пока сохраняет две хроматиды.
Мейоз происходит при образовании половых клеток и спор. До начала деления ДНК удваивается, поэтому каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид — одинаковых копий, соединённых друг с другом. Удвоение нужно, чтобы наследственный материал можно было распределить между будущими клетками, но число хромосом на этом этапе не меняется.
В профазе I гомологичные хромосомы находят друг друга и конъюгируют, то есть соединяются в пары. Такое сближение позволяет их хроматидам обмениваться участками; этот обмен называется кроссинговером. В результате хромосомы могут получить новые сочетания генов, а значит, будущие клетки не обязательно будут нести одинаковую наследственную информацию.
В мейозе I пары гомологичных хромосом располагаются на экваторе клетки, а затем члены каждой пары расходятся к противоположным полюсам. Распределение разных пар происходит независимо, поэтому возможны разные сочетания хромосом в дочерних клетках. Сестринские хроматиды пока остаются соединёнными, так что после первого деления хромосомы ещё двухроматидные.
В мейозе II хромосомы выстраиваются на экваторе уже поодиночке, а сестринские хроматиды расходятся к разным полюсам. Это сходно с тем, как хроматиды разделяются при митозе. Между первым и вторым делением ДНК не удваивается: повторное копирование снова увеличило бы количество наследственного материала, хотя после мейоза I набор уже сокращён.
В итоге обычно образуются четыре клетки с гаплоидным набором хромосом. В каждой остаётся по одному представителю каждой пары гомологичных хромосом, а после второго деления каждая хромосома состоит из одной хроматиды. Клетки различаются по наследственному материалу, потому что хромосомы обменивались участками и случайно распределялись между полюсами.
| Признак | Мейоз I | Мейоз II |
|---|---|---|
| Что располагается на экваторе клетки | Пары гомологичных хромосом | Хромосомы поодиночке |
| Что расходится к полюсам | Гомологичные хромосомы | Сестринские хроматиды |
| Сохраняются ли сестринские хроматиды соединёнными | Да | Нет, они разделяются |
| Изменение числа хромосом | Уменьшается вдвое | Не уменьшается |
| Число клеток после деления | Две | Четыре после завершения деления всех клеток |
Сначала проследи, какие структуры выстраиваются на экваторе, а затем определи, что именно расходится к полюсам. Это помогает не путать гомологичные хромосомы с сестринскими хроматидами. При подсчётах также учитывай, что после мейоза I хромосом вдвое меньше, но каждая всё ещё двухроматидная.
Задача: у организма диплоидный набор равен 2n = 16. Сколько хромосом будет в каждой клетке после завершения мейоза? Здесь нужно найти число хромосом в гаплоидном наборе, потому что конечные клетки мейоза имеют один набор. Сначала соотносим известное значение 2n с искомым n, а потом учитываем, что в конце деления хромосомы уже однохроматидные.
Ответ: 8 хромосом в каждой клетке. Подсчёт относится к числу хромосом, а не к числу хроматид: после завершения мейоза в каждой хромосоме одна хроматида.
Задача: в клетке с набором 2n = 10 завершился мейоз I. Сколько хромосом и хроматид содержится в каждой образовавшейся клетке? Первое деление уже уменьшило число хромосом вдвое, потому что гомологичные хромосомы разошлись. Однако сестринские хроматиды ещё не разделились, поэтому их будет вдвое больше, чем хромосом.
Ответ: 5 хромосом и 10 хроматид в каждой клетке. Такая проверка не позволяет ошибочно принять число хромосом за число хроматид.
Задача: у вида 2n = 12. Определите число хромосом и хроматид в одной клетке в метафазе I, после мейоза I и после мейоза II. Удобно отдельно проследить два изменения: сначала расходятся гомологичные хромосомы, затем — сестринские хроматиды. До первого расхождения ДНК уже удвоена, а после первого деления нового удвоения не происходит.
Ответ: в метафазе I — 12 хромосом и 24 хроматиды; после мейоза I — 6 и 12; после мейоза II — 6 и 6. Сравнивая этапы, помни: разделение хроматид меняет их число в составе хромосом, но не уменьшает гаплоидное число хромосом повторно.
Ошибка: считать, что число хромосом уменьшается вдвое при удвоении ДНК. Так путают количество ДНК с числом хромосом: после удвоения каждая хромосома просто состоит из двух хроматид. Проверь себя: до начала деления и сразу после удвоения число хромосом одинаково.
Ошибка: путать гомологичные хромосомы с сестринскими хроматидами. Первые образуют пару, а вторые являются копиями одной хромосомы; путаница возникает потому, что обе структуры связаны с распределением наследственного материала. Проверка простая: гомологичные хромосомы расходятся в мейозе I, сестринские хроматиды — в мейозе II.
Ошибка: считать, что после мейоза I хромосомы уже однохроматидные. Уменьшение набора относится к числу хромосом, а их хроматиды до второго деления остаются соединёнными. Чтобы проверить ответ, умножь число хромосом после первого деления на два: столько в клетке хроматид.
Ошибка: предполагать, что между мейозом I и II ДНК удваивается ещё раз. Это можно допустить, если ошибочно считать, что перед каждым делением обязательно нужна копия ДНК. Проверь последовательность: удвоение происходит один раз перед мейозом, а второе деление разделяет уже имеющиеся хроматиды.
Для понимания мейоза нужны знания о хромосомах, хроматидах, гомологичных хромосомах и диплоидном и гаплоидном наборах: именно эти понятия помогают следить за изменением клетки. Мейоз связан с образованием гамет и оплодотворением: слияние двух гаплоидных клеток восстанавливает диплоидный набор. Кроссинговер и независимое расхождение хромосом объясняют наследственную изменчивость и помогают разбирать закономерности наследования признаков.
Почему мейоз состоит из двух делений, а удвоение ДНК происходит только один раз?
Первое деление разделяет пары гомологичных хромосом и уменьшает число хромосом вдвое. Второе разделяет сестринские хроматиды, чтобы каждая из четырёх клеток получила по одной копии каждой хромосомы. Удвоение ДНК перед каждым делением снова увеличило бы количество наследственного материала.
В чём разница между гомологичными хромосомами и сестринскими хроматидами?
Гомологичные хромосомы — пара хромосом, одна из которых получена от одного родителя, а другая — от другого; у них сходны гены, но варианты генов могут различаться. Сестринские хроматиды — две копии одной хромосомы, возникшие после удвоения ДНК. Гомологичные хромосомы расходятся в мейозе I, а хроматиды — в мейозе II.
Когда именно при мейозе число хромосом уменьшается вдвое?
Это происходит в первом делении мейоза, когда гомологичные хромосомы расходятся к разным полюсам клетки. После него в каждой дочерней клетке остаётся по одному представителю каждой пары. Сами хромосомы всё ещё состоят из двух хроматид.
Что такое кроссинговер и почему он важен?
Кроссинговер — обмен участками между хроматидами гомологичных хромосом в профазе I. В результате возникают новые сочетания вариантов генов. Поэтому наследственный материал клеток после мейоза может отличаться от исходного.
Почему клетки, образовавшиеся в результате мейоза, генетически различаются?
Во время кроссинговера хромосомы обмениваются участками, а гомологичные хромосомы случайно распределяются между дочерними клетками. Эти процессы создают разные сочетания наследственного материала. Поэтому образовавшиеся клетки обычно не являются генетически одинаковыми.
§ 15. Мейоз
