"Биология (углублённый уровень)", Вахрушев А.А., Корженевская М.А., Пуговкин А.П., Пуговкина Н.А., Скворцов П.М.
Мейоз — особый способ деления клетки, благодаря которому образуются половые клетки и споры с гаплоидным набором хромосом. Перед ним ДНК удваивается один раз, а затем клетка делится дважды. В первом делении расходятся гомологичные хромосомы, во втором — сестринские хроматиды. Кроссинговер и независимое распределение хромосом создают новые сочетания генов, поэтому мейоз важен не только для размножения, но и для наследственной изменчивости.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Мейоз — способ деления клетки, при котором из одной исходной клетки образуются четыре клетки с числом хромосом, уменьшенным вдвое. Он необходим для образования половых клеток и спор. Благодаря ему после слияния гамет у потомка восстанавливается обычный для вида набор хромосом.
Конъюгация — сближение и соединение гомологичных хромосом в профазе I мейоза. Гомологичные хромосомы содержат гены одних и тех же признаков, но могут нести разные варианты генов. Их тесное сближение создаёт условия для обмена участками.
Кроссинговер — обмен участками между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом. После такого обмена хроматиды получают новые сочетания генов. Это один из источников наследственной изменчивости организмов.
Редукционное деление — первое деление мейоза, при котором гомологичные хромосомы расходятся к разным полюсам, а число наборов уменьшается вдвое. Его называют мейозом I. Второе деление иногда называют эквационным, потому что оно разделяет хроматиды без дальнейшего уменьшения числа наборов.
Мейоз происходит при образовании половых клеток и спор, потому что для полового размножения нужен не двойной, а одинарный набор хромосом. Если бы гаметы сохраняли диплоидный набор, при каждом оплодотворении число хромосом удваивалось бы. Поэтому мейоз заранее уменьшает число наборов до гаплоидного.
Перед началом мейоза ДНК удваивается один раз, чтобы каждая хромосома получила две сестринские хроматиды. Затем клетка проходит два деления подряд. Такой порядок позволяет сначала разделить пары гомологичных хромосом, а затем — копии каждой хромосомы.
В профазе I гомологичные хромосомы конъюгируют и образуют пары. Их тесное расположение позволяет несестринским хроматидам обмениваться соответствующими участками в процессе кроссинговера. В результате ещё до расхождения хромосом возникают новые комбинации наследственного материала.
В мейозе I к противоположным полюсам движутся гомологичные хромосомы, а сестринские хроматиды остаются соединёнными. Поэтому первое деление называют редукционным: число наборов уменьшается вдвое. В мейозе II уже расходятся сестринские хроматиды, как при обычном разделении копий хромосомы.
Между двумя делениями ДНК не удваивается, иначе уменьшение числа хромосом было бы нарушено. Независимое расхождение каждой пары гомологичных хромосом даёт разные сочетания материнских и отцовских хромосом. Вместе с кроссинговером это обеспечивает генетическое разнообразие четырёх клеток после мейоза.
| Свойство | Мейоз I | Мейоз II |
|---|---|---|
| Какое событие происходит в анафазе | Разделение гомологичных хромосом | Разделение сестринских хроматид |
| Что расходится к полюсам | Целые хромосомы, состоящие из двух хроматид | Отдельные хроматиды, становящиеся хромосомами |
| Изменение числа наборов хромосом | Уменьшается: 2n → n | Не изменяется: n → n |
| Состояние хромосом перед делением | ДНК уже удвоилась, хромосомы двухроматидные | Нового удвоения ДНК нет, хромосомы двухроматидные |
| Число клеток после завершения деления | Две клетки | Четыре клетки после всего мейоза |
Сначала определите, какие структуры расходятся в анафазе: это сразу показывает, идёт ли речь о мейозе I или II. Затем проверьте, было ли перед делением удвоение ДНК и изменилось ли число наборов. Последняя строка показывает результат каждого этапа для одной исходной клетки.
В исходной клетке 2n = 12. Нужно определить число хромосом в каждой клетке после завершения мейоза. Уменьшение происходит потому, что в половых клетках остаётся один набор.
Ответ: в каждой клетке будет 6 хромосом. Удвоение ДНК перед мейозом не меняет это число, а только временно увеличивает количество хроматид.
Клетка с 2n = 8 прошла мейоз I. Нужно найти число хромосом и хроматид в каждой дочерней клетке. После первого деления гомологичные хромосомы уже разделились, но сестринские хроматиды ещё соединены.
Ответ: в каждой клетке после мейоза I находится 4 хромосомы и 8 хроматид. Не следует считать две хроматиды двумя хромосомами, пока они соединены центромерой.
У организма 2n = 6, значит, имеется три пары гомологичных хромосом. Требуется перечислить сочетания материнских и отцовских хромосом в гаметах, учитывая только независимое расхождение. Для каждой пары гамета получает либо материнскую, либо отцовскую хромосому.
Ответ: возможно 8 сочетаний. Это минимальное число вариантов, потому что кроссинговер в условии не учитывается.
Ошибка — считать, что при удвоении ДНК удваивается и число хромосом. Её допускают, потому что количество хроматид действительно становится больше. Проверка проста: число хромосом считают по числу центромер, поэтому до разделения сестринских хроматид оно не меняется.
Ошибка — путать расхождение гомологичных хромосом в мейозе I с расхождением сестринских хроматид в мейозе II. Причина — оба этапа сопровождаются движением хромосом к полюсам. Проверьте номер деления: в I расходятся пары, во II разделяются копии одной хромосомы.
Ошибка — считать, что перед мейозом II ДНК снова удваивается. Такое предположение появляется из-за сходства двух делений с последовательными циклами клеточного деления. Между мейозом I и II репликации нет, поэтому хромосомы остаются двухроматидными до анафазы II.
Ошибка — считать конъюгацию и кроссинговер одним процессом. Конъюгация означает сближение и соединение гомологичных хромосом, а кроссинговер — обмен участками между несестринскими хроматидами. Для проверки назовите отдельно действие и его результат.
Для понимания мейоза нужны знания о хромосомах, хроматидах, гомологичных хромосомах, а также о диплоидном и гаплоидном наборах. Эти понятия помогают не путать число хромосом с числом хроматид. Без них трудно объяснить, почему один набор сохраняется после мейоза I.
Мейоз связан с митозом, но эти процессы дают разные результаты. Сравнение показывает, почему митоз сохраняет набор хромосом в клетках тела, а мейоз уменьшает его в половых клетках. Такое различие важно для понимания полового размножения.
Знание мейоза понадобится при изучении образования гамет, наследственности и изменчивости организмов. Кроссинговер и независимое расхождение хромосом объясняют появление различий между потомками. Ошибки мейоза помогают понять причины некоторых изменений числа хромосом.
Почему мейоз состоит из двух делений, а удвоение ДНК происходит только один раз?
Первое деление разделяет гомологичные хромосомы и уменьшает число наборов вдвое. Второе деление разделяет сестринские хроматиды, хотя ДНК между делениями не удваивается. Поэтому из одной исходной клетки образуются четыре клетки с одинарным набором хромосом.
Чем мейоз отличается от митоза?
При митозе обычно происходит одно деление и образуются две генетически похожие клетки с тем же числом наборов хромосом. При мейозе идут два деления, формируются четыре гаплоидные клетки, а кроссинговер и независимое расхождение хромосом создают различия между ними.
В каком делении мейоза расходятся гомологичные хромосомы?
Гомологичные хромосомы расходятся в анафазе I, то есть в первом, редукционном делении. Сестринские хроматиды остаются соединёнными до мейоза II.
Как кроссинговер влияет на наследственную изменчивость?
При кроссинговере несестринские хроматиды обмениваются участками. В результате в хромосомах появляются новые сочетания аллелей, поэтому образующиеся половые клетки могут генетически отличаться друг от друга.
Почему число хромосом в половых клетках вдвое меньше, чем в клетках тела?
В мейозе I гомологичные хромосомы расходятся в разные клетки, и число наборов уменьшается с диплоидного до гаплоидного. При оплодотворении две гаплоидные клетки сливаются, восстанавливая диплоидный набор.
§ 28. Мейоз
