4. Деление клетки

Определения и обозначения

Клеточное деление — процесс, при котором из одной клетки образуются новые клетки. Оно позволяет организму увеличиваться в размерах и заменять клетки, которые состарились или повредились. Без деления организм не мог бы расти и поддерживать работу своих частей. У некоторых организмов деление одной клетки также приводит к появлению нового организма.

Хромосома — структура в ядре клетки, в которой содержится наследственная информация. До деления эта информация обычно не видна как отдельные структуры, но перед делением хромосомы уплотняются и становятся хорошо заметными. Так клетке легче упорядочить их и распределить между будущими клетками. Хромосомы нужны для передачи наследственных признаков.

Митоз — способ деления клетки, при котором наследственный материал распределяется между двумя будущими клетками. Сначала его копии готовятся к раздаче, а затем расходятся к разным сторонам клетки. Благодаря этому каждая новая клетка получает полный и одинаковый набор хромосом. Митоз помогает сохранить наследственные признаки при делении.

Дочерние клетки — клетки, которые образовались при делении исходной, или материнской, клетки. При митозе они сходны друг с другом и с материнской клеткой по набору хромосом. Это означает, что каждая получила одинаковую наследственную информацию. Затем дочерние клетки могут расти и выполнять свои функции.

Как это устроено

Перед делением клетка растёт и подготавливается к предстоящей работе. Ей нужно обеспечить будущие клетки необходимыми веществами и заранее скопировать наследственный материал. Если бы копии не появились, после разделения одной из новых клеток могло бы не хватить информации. Поэтому удвоение материала — это подготовка к его распределению, а не способ увеличить набор хромосом в каждой дочерней клетке.

При митозе удвоенные хромосомы упорядочиваются в центре клетки. Такое расположение помогает разделить их копии без путаницы: они оказываются готовыми разойтись в разные стороны. Затем копии перемещаются к противоположным концам клетки. Это нужно, чтобы наследственная информация не осталась только в одной её части.

Когда копии хромосом разошлись, клетка может разделиться на две части. Сначала разделяется наследственный материал в ядре, чтобы каждая будущая клетка получила свой набор. Затем разделяются остальные части клетки, и вокруг каждого набора оказывается отдельная клеточная часть. Если разделить клетку раньше, чем распределить хромосомы, новые клетки могли бы получить неполную информацию.

При митозе обе дочерние клетки получают одинаковый набор наследственной информации. Каждая копия хромосомы отправляется к своей стороне, поэтому наборы не теряются и не смешиваются случайным образом. Число хромосом в каждой дочерней клетке остаётся таким же, как было в исходной клетке до копирования. Благодаря этому основные признаки клетки сохраняются.

Деление нужно организму не только для увеличения размеров. Оно помогает заменять старые клетки и восстанавливать участки, где клетки были повреждены. У некоторых организмов, состоящих из одной клетки, деление приводит к размножению: из одной клетки возникают две новые. Значит, один и тот же процесс может помогать и отдельной клетке, и целому организму.

Основные события подготовки и деления клетки

Читайте таблицу сверху вниз: этапы показаны в том порядке, в котором они идут при подготовке и делении. Во втором столбце следите за судьбой наследственного материала, а в третьем — за изменениями всей клетки. Такое сравнение помогает увидеть, почему распределение хромосом происходит до разделения клетки.

Разбор задач

Задача 1. Клетка перед делением имела 8 хромосом. Сколько хромосом окажется в каждой дочерней клетке после митоза? Главное — не принять копирование наследственного материала за увеличение числа хромосом в каждой новой клетке. При митозе копии распределяются поровну между двумя клетками.

1. До деления в клетке было 8 хромосом. Это исходное число для каждой дочерней клетки.
2. Перед митозом наследственный материал удваивается, чтобы появились копии для распределения. Затем копии расходятся к двум сторонам клетки.
3. После разделения каждая сторона получает полный набор, равный исходному. Значит, в каждой дочерней клетке будет 8 хромосом.

Ответ: по 8 хромосом в каждой дочерней клетке.

Задача 2. Расположите события в правильном порядке: разделение клетки, удвоение наследственного материала, расхождение копий хромосом к разным сторонам клетки. Нужно определить, какое событие подготавливает следующее. Клетку нельзя правильно разделить, пока её наследственная информация не распределена.

1. Сначала происходит удвоение наследственного материала. Иначе двум будущим клеткам не достанется по полному набору.
2. Затем копии хромосом расходятся к разным сторонам клетки. Так наследственная информация оказывается распределена между будущими дочерними клетками.
3. Последним идёт разделение клетки. Каждая её часть получает свой набор хромосом.

Ответ: удвоение наследственного материала → расхождение копий хромосом → разделение клетки.

Задача 3. В результате деления одной клетки появились две клетки с разным числом хромосом. Какое условие правильного митоза было нарушено и к чему это может привести? Сравните результат с тем, что должно происходить при митозе: копии хромосом равномерно расходятся к противоположным сторонам. Если наборы различаются, распределение прошло неправильно.

1. При правильном митозе каждая дочерняя клетка получает одинаковый набор хромосом. Это возможно, только если копии разошлись равномерно.
2. Разное число хромосом показывает, что одна клетка получила больше наследственного материала, а другая — меньше. Значит, нарушилось условие равного распределения копий.
3. Клетки с неодинаковыми наборами могут работать неправильно или не выжить. Их основные признаки могут отличаться от ожидаемых.

Ответ: нарушено равномерное расхождение копий хромосом; дочерние клетки получили разное количество наследственной информации и могут работать неправильно.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что после удвоения наследственного материала в каждой дочерней клетке хромосом становится вдвое больше. Такое предположение возникает, если забыть, что копии делятся между двумя будущими клетками. Проверьте себя: сравните число хромосом до деления с числом в одной дочерней клетке. При митозе эти числа одинаковы.

Ошибка: путать хромосому с её копиями и думать, что обе копии останутся в одной клетке. Копирование происходит именно для того, чтобы распределить материал между двумя клетками. Проследите путь копий: одна направляется к одной стороне, другая — к противоположной. Если обе окажутся вместе, распределение будет неправильным.

Ошибка: считать, что клетка сначала разделяется, а хромосомы распределяются потом. Так можно подумать, если замечать только появление двух клеток и пропустить подготовительные события. Проверьте последовательность: сначала копирование, затем расхождение копий, и только потом разделение клетки. Это обеспечивает каждой новой клетке свой полный набор.

Ошибка: думать, что митоз нужен только для роста. Рост заметен, поэтому другие функции деления легко упустить. Проверьте себя вопросом, что происходит со старыми или повреждёнными клетками: их тоже заменяют новые. Кроме того, у некоторых организмов деление служит размножением.

Связь с другими темами

Для понимания деления нужно знать, что у клетки есть ядро, а в ядре находится наследственный материал. Это помогает проследить, что именно копируется и распределяется при митозе. Деление связано с ростом организма и заменой старых клеток, поэтому оно пригодится при изучении тканей и развития организмов. Представление о передаче наследственной информации также подготовит к темам размножения и наследственности.

Что запомнить

• Перед делением клетка подготавливает наследственный материал.
• При митозе копии хромосом расходятся к противоположным сторонам клетки.
• После распределения наследственного материала клетка разделяется.
• Из одной клетки при митозе образуются две дочерние клетки.
• Дочерние клетки получают одинаковый набор хромосом.
• Деление клеток обеспечивает рост и обновление организма.