"Биология", Пономарёва И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. / Под ред. Пономарёвой И.Н.
Половые клетки — яйцеклетки и сперматозоиды — несут наследственную информацию и участвуют в размножении. Они образуются в результате мейоза: особого деления, при котором число хромосом уменьшается вдвое. Благодаря этому после слияния яйцеклетки и сперматозоида восстанавливается обычный для вида набор хромосом. Мейоз также создаёт различия между клетками, поэтому потомки не являются точными копиями родителей.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Мейоз — деление клетки, при котором из одной исходной клетки образуются четыре клетки с числом хромосом вдвое меньше. Он нужен, чтобы при половом размножении число хромосом вида не удваивалось в каждом поколении, а также чтобы возникали новые сочетания наследственных признаков.
Гаметы — половые клетки, способные сливаться друг с другом при оплодотворении. Яйцеклетка и сперматозоид передают потомку наследственную информацию, поэтому образование гамет связывает поколения и обеспечивает половое размножение.
Диплоидный набор обозначают 2n: в клетке находятся парные хромосомы, одна из каждой пары получена от матери, другая — от отца. Гаплоидный набор обозначают n: в нём есть по одной хромосоме из каждой пары. Эти обозначения нужны, чтобы проследить, как мейоз уменьшает набор, а оплодотворение восстанавливает его.
Гомологичные хромосомы — сходные по форме и размерам хромосомы одной пары, несущие гены одних и тех же признаков. Их важно отличать от сестринских хроматид — двух копий одной хромосомы после удвоения ДНК: в мейозе I расходятся гомологичные хромосомы, а в мейозе II — хроматиды.
Перед мейозом клетка проходит подготовительный период: её ДНК удваивается, и каждая хромосома становится состоящей из двух сестринских хроматид. При этом число хромосом не удваивается — удваивается количество ДНК. Это различие важно: иначе можно ошибочно решить, что уже до деления клетка стала иметь вдвое больше хромосом.
Первое деление называют мейозом I, или редукционным, потому что число хромосом уменьшается. В профазе I гомологичные хромосомы сближаются попарно; иногда их участки обмениваются местами — это кроссинговер. Обмен возникает между хроматидами разных гомологичных хромосом и создаёт сочетания генов, которых прежде не было в этой клетке.
В метафазе I пары гомологичных хромосом располагаются в середине клетки. Каждая пара ориентируется независимо от других, поэтому материнские и отцовские хромосомы могут попасть в будущие клетки в разных сочетаниях. Затем, в анафазе I, гомологичные хромосомы расходятся к противоположным полюсам, а сестринские хроматиды пока остаются вместе.
После первого деления каждая клетка получает по одной хромосоме из каждой гомологичной пары. Вследствие этого набор становится гаплоидным, хотя каждая хромосома всё ещё состоит из двух хроматид. Между первым и вторым делениями нового удвоения ДНК не происходит: оно привело бы к восстановлению исходного количества материала перед завершением мейоза.
Во втором делении — мейозе II — хромосомы располагаются поодиночке в середине каждой клетки. Сестринские хроматиды разделяются и расходятся к противоположным полюсам, как при митозе. В итоге возникают четыре клетки с одинарным набором хромосом, но из-за кроссинговера и независимого распределения они обычно генетически не одинаковы.
У животных мейоз происходит при образовании половых клеток. При оплодотворении гаплоидные наборы яйцеклетки и сперматозоида объединяются: n + n = 2n. Так сохраняется характерное для вида число хромосом; например, у человека в обычных клетках 46 хромосом, а в зрелых половых клетках — 23.
| Признак | Митоз | Мейоз |
|---|---|---|
| Число делений | Одно | Два последовательных |
| Число дочерних клеток | Обычно две | Обычно четыре |
| Число хромосом | Сохраняется | Уменьшается вдвое |
| Что расходится сначала | Сестринские хроматиды | Гомологичные хромосомы в мейозе I |
| Наследственные различия клеток | Обычно почти одинаковые клетки | Клетки обычно различаются |
| Основное значение | Рост, обновление тканей, бесполое размножение | Образование половых клеток и наследственная изменчивость |
Сравнивайте процессы по цели и по тому, какие именно структуры расходятся: эти признаки помогают не путать два вида деления. При решении задачи сначала выясните, спрашивают ли о числе хромосом, количестве клеток или сходстве их наследственного материала. Мейоз нельзя описывать как два одинаковых митоза: ключевое уменьшение набора происходит именно в первом делении.
Задача. В клетке организма 2n = 6. Сколько хромосом будет в каждой клетке после завершения мейоза и сколько клеток обычно получится из одной исходной? Нужно учитывать, что ДНК удваивается до деления, но мейоз состоит из двух последовательных делений.
Определяем исходный набор: 2n = 6 означает три пары гомологичных хромосом. Значит, гаплоидный набор равен n = 3, потому что в нём находится половина диплоидного числа.
Учитываем удвоение ДНК перед мейозом. Каждая из шести хромосом становится двухроматидной, но считается одной хромосомой: число хромосом по центромерам остаётся равным шести.
После мейоза I гомологичные хромосомы расходятся по разным клеткам. В каждой из двух клеток оказывается по три хромосомы, и каждая пока состоит из двух хроматид.
В мейозе II расходятся сестринские хроматиды. В результате образуются обычно четыре клетки; в каждой остаётся по три однохроматидные хромосомы, то есть набор n = 3.
Ответ: обычно образуются четыре клетки, в каждой по три хромосомы. Удвоение ДНК не меняет ответа о числе хромосом: важно считать хромосомы, а не хроматиды. Если в условии спрашивают количество ДНК, тогда нужно отдельно учитывать число хроматид на каждом этапе.
Ошибка: считать, что после удвоения ДНК удваивается число хромосом. Так думают, потому что каждая хромосома становится заметно сложнее и состоит из двух частей. Проверьте себя по центромере: две соединённые сестринские хроматиды до их разделения считаются одной хромосомой.
Ошибка: путать мейоз I и мейоз II. В первом делении расходятся гомологичные хромосомы, а во втором — сестринские хроматиды. Чтобы проверить ответ, нарисуйте пару хромосом: сначала разнесите разные хромосомы пары, а потом разделите их копии.
Ошибка: утверждать, что мейоз сразу образует две одинаковые клетки. Это описание ближе к итогам митоза, но мейоз включает два деления и обычно заканчивается образованием четырёх клеток. Сверьте ответ с обоими делениями и проверьте, уменьшилось ли число хромосом вдвое.
Ошибка: считать, что все гаметы генетически одинаковы. Такое предположение не учитывает кроссинговер и независимое распределение гомологичных хромосом. Проверка простая: если в объяснении названы оба источника новых сочетаний генов, наследственные различия учтены.
Мейоз связан с темой наследственности: хромосомы содержат гены, а гаметы передают их потомству. Оплодотворение дополняет мейоз: уменьшение набора при образовании половых клеток компенсируется слиянием двух гаплоидных ядер. Кроссинговер и независимое расхождение хромосом объясняют наследственную изменчивость и разнообразие потомков. С митозом мейоз объединяет общий принцип распределения наследственного материала, но задачи этих процессов различны.
§ 15. Образование половых клеток. Мейоз
