"Биология. Учебник для учреждений общего среднего образования с русским языком обучения", Под редакцией Н. Д. Лисова
Мейоз — деление клетки, при котором число хромосом уменьшается вдвое и образуются клетки с гаплоидным набором. Он необходим для полового размножения: при слиянии гамет диплоидный набор восстанавливается, и число хромосом вида остаётся постоянным. Два деления мейоза следуют за одним удвоением ДНК. Кроссинговер и независимое расхождение хромосом создают новые 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 клетки с гаплоидным набором хромосом. Диплоидный набор содержит пары гомологичных хромосом, а гаплоидный — по одной хромосоме из каждой такой пары. Мейоз нужен для образования половых клеток и уменьшает число хромосом перед оплодотворением.
Редукционное деление — первое деление мейоза, во время которого число хромосом в дочерних клетках становится вдвое меньше. Слово «редукционное» указывает именно на уменьшение набора, а не на разрушение или потерю отдельных хромосом. Это деление отделяет гомологичные хромосомы друг от друга.
Конъюгация хромосом — сближение и попарное соединение гомологичных хромосом в профазе I мейоза. Гомологичные хромосомы сходны по строению и несут гены одних и тех же признаков, хотя варианты этих генов могут различаться. Их соединение позволяет хромосомам взаимодействовать и обмениваться участками.
Кроссинговер — обмен участками между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом. После обмена в одной хромосоме могут оказаться участки, унаследованные от разных родителей. Это создаёт новые сочетания генов и помогает объяснить разнообразие потомства.
До начала мейоза клетка удваивает ДНК, чтобы передать наследственный материал дочерним клеткам. После удвоения каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, соединённых в области центромеры. Однако число хромосом считают по центромерам, поэтому оно остаётся прежним: увеличивается количество ДНК, а не число хромосом.
В профазе I гомологичные хромосомы находят друг друга и конъюгируют, образуя пары. Такое сближение делает возможным кроссинговер: несестринские хроматиды могут обменяться соответствующими участками. Обмен не меняет общий набор генов, но перестраивает их сочетания на хромосомах. Поэтому образовавшиеся клетки могут получить варианты наследственного материала, которых не было в исходных хромосомах.
В первом делении пары гомологичных хромосом распределяются по разным полюсам клетки. Каждая дочерняя клетка получает по одной хромосоме из каждой пары, поэтому набор становится гаплоидным. При этом центромеры сестринских хроматид не разделяются, и хромосомы остаются двухроматидными. Именно расхождение гомологичных хромосом составляет суть редукционного деления.
Между первым и вторым делением нового удвоения ДНК не происходит. Во втором делении хромосомы располагаются так, что сестринские хроматиды могут разойтись к противоположным полюсам. Этот процесс похож на митоз, но начинается уже в клетках с гаплоидным набором. В итоге каждая хромосома состоит из одной хроматиды.
После двух делений обычно возникают четыре клетки с гаплоидным набором. Они не обязательно одинаковы: на их наследственный состав влияют кроссинговер и случайное распределение гомологичных хромосом. Уменьшение набора необходимо, чтобы при слиянии половых клеток диплоидность восстановилась, а число хромосом вида не удваивалось в каждом поколении. Таким образом мейоз одновременно обеспечивает половое размножение и создаёт комбинативную изменчивость.
| Признак | Мейоз I | Мейоз II |
|---|---|---|
| Изменение числа хромосом | Уменьшается вдвое: набор становится гаплоидным | Не уменьшается: гаплоидный набор сохраняется |
| Состояние хромосом перед делением | Двухроматидные; перед мейозом ДНК удвоилась | Двухроматидные; нового удвоения ДНК не было |
| Какие структуры расходятся к полюсам | Гомологичные хромосомы | Сестринские хроматиды |
| Наличие конъюгации и кроссинговера | Происходят в профазе I | Не происходят |
| Число и набор хромосом в дочерних клетках | Две клетки с гаплоидным набором; хромосомы двухроматидные | Обычно четыре клетки с гаплоидным набором; хромосомы однохроматидные |
Сравнивайте деления по тому, какие структуры расходятся: это самый надёжный способ не перепутать мейоз I и мейоз II. Затем проверьте число наборов и состояние хромосом — число хроматид не всегда совпадает с числом хромосом. Конъюгацию и кроссинговер ищите только в первом делении.
Задача 1. В диплоидной клетке 2n = 8. Определите число хромосом в клетках после первого и после второго деления мейоза. Сначала выясним, что означает число 2n: оно показывает диплоидный набор исходной клетки. В мейозе I этот набор уменьшается вдвое, а в мейозе II число хромосом не меняется.
Ответ: после первого деления — 4 хромосомы в каждой клетке; после второго — также 4.
Задача 2. В клетке организма 2n = 12. Сколько хромосом и хроматид будет в каждой клетке после завершения мейоза? Здесь важно отдельно посчитать хромосомы и хроматиды: после второго деления каждая хромосома уже однохроматидная. Сначала определяем гаплоидный набор, а затем учитываем, что каждая конечная клетка получает именно его.
Ответ: в каждой клетке после завершения мейоза 6 хромосом и 6 хроматид.
Задача 3. Объясните, почему потомки одного организма могут различаться по сочетаниям аллелей, хотя образовались при одном и том же типе деления. Аллели — это разные варианты одного гена. Тип деления у всех половых клеток общий, но во время мейоза наследственный материал распределяется и перестраивается несколькими способами.
Ответ: различия возникают благодаря кроссинговеру, независимому расхождению хромосом и случайному сочетанию гамет.
Ошибка — считать, что число хромосом уменьшается уже при удвоении ДНК. Удваиваются молекулы ДНК, поэтому каждая хромосома становится двухроматидной, но число хромосом, определяемое по центромерам, сохраняется. Так ошибаются, когда принимают хроматиды за отдельные хромосомы. Проверка: посчитайте центромеры до и после удвоения — их число не меняется.
Ошибка — путать гомологичные хромосомы с сестринскими хроматидами. Гомологичные хромосомы расходятся в мейозе I, а сестринские хроматиды — в мейозе II. Путаница возникает потому, что обе пары состоят из сходных по наследственной информации структур. Чтобы проверить себя, спросите: разделяется пара хромосом от разных родителей или копии одной хромосомы?
Ошибка — утверждать, что кроссинговер происходит между сестринскими хроматидами. Обычно обмениваются участками несестринские хроматиды гомологичных хромосом, поскольку именно они принадлежат разным гомологам. Ошибка появляется, если не различать две хроматиды одной хромосомы и хроматиды двух гомологичных хромосом. Проверка: убедитесь, что участки обмениваются между хроматидами пары гомологов.
Ошибка — считать, что мейоз всегда даёт четыре одинаковые полноценные клетки. Четыре клетки — обычный итог двух делений, но их генетические сочетания обычно различаются, а особенности результата зависят от организма и типа клеток. Такое утверждение возникает из-за смешения общей схемы деления с конкретным образованием половых клеток. Проверяйте отдельно число продуктов деления и то, становятся ли все они полноценными гаметами.
Для понимания мейоза нужны знания о хромосомах, хроматидах и гомологичных хромосомах. Также важно различать диплоидный набор 2n и гаплоидный набор n. Тогда становится ясно, почему удвоение ДНК не означает удвоения числа хромосом.
Сравнение мейоза с митозом помогает разобраться, как клетки делятся для роста и как образуются половые клетки. Мейоз связан с половым размножением: гаплоидные гаметы при оплодотворении образуют диплоидную клетку. Поэтому процесс помогает объяснить наследование признаков от обоих родителей.
Знание мейоза пригодится при изучении оплодотворения и наследственной изменчивости. Нарушения расхождения хромосом могут приводить к изменению их числа в клетках. Понимание нормального процесса помогает разобраться в причинах некоторых хромосомных нарушений.
Почему мейоз состоит из двух делений, а удвоение ДНК происходит только один раз?
Одно удвоение ДНК подготавливает хромосомы к двум последовательным делениям. В мейозе I расходятся гомологичные хромосомы, а в мейозе II — сестринские хроматиды. Если бы ДНК удваивалась перед каждым делением, число хромосом не уменьшилось бы.
Когда именно число хромосом уменьшается вдвое?
Число хромосом уменьшается в первом делении мейоза, когда гомологичные хромосомы расходятся к разным полюсам клетки. После этого каждая дочерняя клетка получает гаплоидный набор, но хромосомы в нём ещё состоят из двух хроматид.
Чем гомологичные хромосомы отличаются от сестринских хроматид?
Гомологичные хромосомы — пара сходных по строению хромосом, одна из которых получена от матери, а другая — от отца. Сестринские хроматиды — две копии одной хромосомы, появившиеся после удвоения ДНК. Гомологичные хромосомы расходятся в мейозе I, а хроматиды — в мейозе II.
Всегда ли при мейозе образуются четыре клетки?
В результате двух делений из одной клетки обычно возникают четыре клетки с гаплоидным набором. Однако итог зависит от организма и типа клеток: например, при образовании яйцеклеток полноценной яйцеклеткой становится только одна из четырёх дочерних клеток.
Как кроссинговер повышает наследственную изменчивость?
При кроссинговере несестринские хроматиды гомологичных хромосом обмениваются участками. В результате образуются хромосомы с новыми сочетаниями аллелей. Вместе с независимым расхождением хромосом это приводит к генетическим различиям между клетками.
§ 23. Мейоз и его биологическое значение
