"Биология (углублённый уровень)", Высоцкая Л.В., Дымшиц Г.М., Рувинский А.О. и др./ Под ред. Шумного В.К., Дымшица Г.М.
Генетическая информация может передаваться не только от родителей потомкам. Бактерии обмениваются ДНК при конъюгации, трансформации и трансдукции, благодаря чему приобретают новые свойства. Мейоз — особое деление клеток, при котором после одного удвоения ДНК происходят два деления и образуются гаплоидные клетки. Кроссинговер и случайное расхождение хромосом создают новые сочетания наследственных вариантов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Конъюгация — передача генетического материала от одной бактериальной клетки другой при непосредственном контакте. Клетка-донор передаёт фрагмент ДНК клетке-реципиенту, часто с помощью специальной структуры контакта. Этот процесс позволяет бактериям быстро приобретать новые признаки без образования потомства.
Трансформация — поглощение клеткой свободной ДНК из окружающей среды и включение её в собственный генетический материал. Источником ДНК могут быть разрушившиеся клетки. Благодаря трансформации бактерия способна получить новый ген и изменить свои свойства.
Трансдукция — перенос фрагментов ДНК между бактериями с участием бактериофага. Бактериофаг — вирус, поражающий бактерии и иногда переносящий их ДНК в другую клетку. Поэтому он выступает посредником обмена наследственной информацией.
Мейоз — особый тип деления клетки, при котором число хромосом уменьшается вдвое и образуются клетки с гаплоидным набором. Перед двумя делениями ДНК удваивается только один раз. Мейоз нужен для образования половых клеток и сохранения постоянного числа хромосом вида.
Обмен генетической информацией у бактерий может происходить без размножения клеток, потому что передаётся не сама клетка, а фрагмент её ДНК. При конъюгации перенос идёт через непосредственный контакт, при трансформации клетка использует ДНК, оказавшуюся в среде, а при трансдукции её доставляет бактериофаг. Такое различие связано с источником ДНК и способом её доставки.
Переданный фрагмент ДНК может сохраниться в клетке и начать работать, если в нём содержится ген, пригодный для данной клетки. Тогда меняется признак, например устойчивость к определённому воздействию или способность использовать новое вещество. Поэтому наследственная информация распространяется между организмами, которые не являются непосредственными потомками друг друга.
Мейоз включает два последовательных деления после одного удвоения ДНК, потому что нужно сначала разделить пары гомологичных хромосом, а затем копии каждой хромосомы. В мейозе I расходятся гомологичные хромосомы, и набор становится гаплоидным. В мейозе II расходятся сестринские хроматиды, поэтому число хромосом уже не уменьшается.
В профазе I гомологичные хромосомы сближаются и могут обмениваться участками в процессе кроссинговера. Такой обмен меняет сочетания аллелей в хромосомах, поэтому дочерние клетки получают не точные копии исходных хромосом. Даже без кроссинговера разнообразие возникает из-за случайного расхождения материнских и отцовских хромосом.
В результате мейоза из одной исходной клетки обычно образуются четыре клетки с гаплоидным набором, потому что каждая из двух клеток после мейоза I делится ещё раз. Гаплоидные половые клетки при оплодотворении сливаются, и диплоидный набор восстанавливается. Благодаря этому число хромосом вида не удваивается при каждом поколении.
| Способ | Как происходит передача | Участие посредника или контакта | Источник ДНК |
|---|---|---|---|
| Конъюгация | ДНК передаётся от одной клетки другой | Нужен непосредственный контакт клеток | Клетка-донор |
| Трансформация | Клетка поглощает свободный фрагмент ДНК | Контакт с другой клеткой не нужен | Окружающая среда |
| Трансдукция | Фрагмент ДНК переносится в другую клетку | Посредником служит бактериофаг | Другая бактериальная клетка |
Сначала определите, откуда взялась ДНК, а затем проверьте, был ли контакт клеток или участвовал бактериофаг. Прямой контакт указывает на конъюгацию, свободная ДНК в среде — на трансформацию, а вирус-переносчик — на трансдукцию.
Бактериальная клетка получила ДНК от другой клетки при непосредственном контакте. Определите способ обмена генетической информацией. В условии названы источник ДНК и способ её передачи.
Ответ: конъюгация. Трансформация исключается, потому что ДНК не была свободной в среде, а трансдукция — потому что бактериофаг не участвовал.
В исходной клетке 2n = 16. Определите число хромосом в каждой клетке после завершения мейоза. Нужно учитывать не число молекул ДНК, а набор хромосом.
Ответ: в каждой из четырёх клеток будет по 8 хромосом. После удвоения ДНК число хромосом до начала делений всё равно оставалось равным 16.
Объясните, почему гаметы одной особи могут различаться по сочетанию аллелей, если кроссинговер не происходил. Искомая причина должна быть связана с мейозом I, где расходятся гомологичные хромосомы.
Ответ: гаметы различаются из-за случайного расхождения гомологичных хромосом в мейозе I. Поэтому новые сочетания аллелей возникают даже без кроссинговера.
Ошибка: считать конъюгацию способом размножения бактерий. Её допускают, потому что при процессе участвуют две клетки и между ними происходит передача материала. Проверка проста: если число клеток не увеличивается, а меняется только состав ДНК, это обмен, а не размножение.
Ошибка: путать трансформацию и трансдукцию. Оба процесса связаны с переносом фрагментов ДНК, но при трансформации клетка поглощает свободную ДНК, а при трансдукции её переносит бактериофаг. Спросите себя, был ли в условии вирус-посредник.
Ошибка: считать, что число хромосом уменьшается в обоих делениях мейоза. Редукция происходит в мейозе I, когда расходятся гомологичные хромосомы, а во втором делении расходятся хроматиды. Если набор уже стал гаплоидным, после мейоза II он остаётся таким же.
Ошибка: приравнивать число хромосом к числу молекул ДНК. После удвоения каждая хромосома состоит из двух хроматид, но хромосомный набор не меняется. Для проверки отдельно считайте центромеры, определяющие хромосомы, и молекулы ДНК.
Для понимания темы нужны знания о строении хромосом и ДНК, а также о различиях между гаплоидным и диплоидным наборами. Мейоз полезно сравнивать с митозом: при митозе обычно сохраняется число хромосом, а при мейозе оно уменьшается в первом делении.
Мейоз и кроссинговер понадобятся при изучении образования гамет и наследования признаков. Они объясняют, почему потомки одной пары родителей отличаются друг от друга и от родителей по сочетаниям наследственных вариантов.
Чем конъюгация бактерий отличается от полового размножения?
При конъюгации бактерии передают друг другу фрагмент ДНК при непосредственном контакте, но не образуют новую клетку и не увеличивают число клеток. Это обмен генетическим материалом, а не размножение.
Может ли бактерия получить наследственную информацию из окружающей среды?
Да, это происходит при трансформации. Бактериальная клетка поглощает свободную ДНК из среды, после чего её фрагмент может встроиться в собственный генетический материал.
Как бактериофаг участвует в передаче генов между бактериями?
Бактериофаг заражает бактерию и иногда захватывает фрагмент её ДНК. При заражении другой клетки этот фрагмент может попасть в неё, поэтому фаг выступает посредником при трансдукции.
Почему мейоз называют редукционным делением?
В первом делении мейоза гомологичные хромосомы расходятся в разные клетки, поэтому число хромосом уменьшается вдвое. Второе деление разделяет сестринские хроматиды и число хромосом уже не сокращает.
Откуда при мейозе берутся новые сочетания наследственных признаков?
В профазе I гомологичные хромосомы могут обмениваться участками при кроссинговере. Кроме того, пары гомологичных хромосом случайно расходятся в мейозе I, поэтому гаметы получают разные сочетания хромосом.
§ 29. Обмен генетической информацией между организмами. Мейоз
