"Общая биология. Среднее профессиональное образование", В. М. Константинов, А. Г. Резанов, Е. О.Фадеева; под ред. В.М.Константинова
Мейоз — деление клетки, при котором число наборов хромосом уменьшается вдвое. Он необходим для образования клеток, участвующих в половом размножении: после их слияния при оплодотворении восстанавливается диплоидный набор. Перед двумя делениями ДНК удваивается только один раз. В первом делении расходятся гомологичные хромосомы, во втором — сестринские хроматиды. Обмен участками и независимое расхождение хромосом создают генетически разные клетки.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Мейоз — особый способ деления клетки, при котором из одной исходной клетки образуются клетки с уменьшенным вдвое числом хромосом. Обычно в результате возникают четыре клетки с гаплоидным набором. Такое деление нужно для образования половых клеток и сохранения числа хромосом вида при половом размножении.
Редукционное деление — первое деление мейоза, в ходе которого расходятся гомологичные хромосомы и число наборов уменьшается с диплоидного до гаплоидного. Диплоидный набор обозначают 2n, а гаплоидный — n. Это название помогает отличать первое деление, уменьшающее число наборов, от второго деления.
Конъюгация хромосом — сближение и временное соединение гомологичных хромосом в профазе I мейоза. Гомологичные хромосомы содержат гены одних и тех же признаков, хотя варианты этих генов могут различаться. Их сближение создаёт условия для обмена участками.
Кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами, который приводит к новым сочетаниям генов. Он происходит во время профазы I, когда гомологичные хромосомы сближены. Благодаря этому клетки, возникшие после мейоза, могут отличаться по наследственному материалу.
Перед мейозом клетка удваивает ДНК. Поэтому каждая хромосома становится двухроматидной: она состоит из двух сестринских хроматид, соединённых в области центромеры. При этом число хромосом не меняется, ведь хроматиды ещё составляют одну хромосому; удваивается именно количество ДНК.
В профазе I гомологичные хромосомы находят друг друга и конъюгируют. Их сближение позволяет участкам одной хромосомы обменяться соответствующими участками другой — так происходит кроссинговер. В результате образуются новые сочетания наследственного материала, поэтому будущие клетки не будут точными копиями исходной.
В первом делении пары гомологичных хромосом распределяются к противоположным полюсам клетки. Каждая хромосома пары уходит в свою дочернюю клетку, но её сестринские хроматиды остаются соединёнными. Поскольку каждая клетка получает только одну хромосому из каждой гомологичной пары, набор становится гаплоидным.
После первого деления образуются две клетки с гаплоидным набором, однако их хромосомы всё ещё состоят из двух хроматид. Второе деление начинается без нового удвоения ДНК. В нём сестринские хроматиды отделяются друг от друга и расходятся к полюсам, поэтому механизм этого этапа похож на митоз.
Обычно итог мейоза — четыре гаплоидные клетки, генетически отличающиеся друг от друга. Различия возникают из-за кроссинговера и независимого распределения гомологичных хромосом. При половом размножении гаметы сливаются, и гаплоидные наборы объединяются в диплоидный; так поддерживается постоянство числа хромосом вида.
| Этап | Что происходит | Число хромосом и количество ДНК в клетке |
|---|---|---|
| После удвоения ДНК перед мейозом | Каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. | 2n хромосом, 4c ДНК |
| Первое деление: расхождение гомологичных хромосом | Гомологичные хромосомы направляются к разным полюсам. | В каждой будущей клетке окажется n хромосом |
| После первого деления | Гомологичные хромосомы уже разделены, хроматиды ещё соединены. | n хромосом, 2c ДНК |
| Второе деление: расхождение сестринских хроматид | Хроматиды отделяются и расходятся к полюсам. | В каждой будущей клетке окажется n хромосом |
| После второго деления | Образуются клетки с однохроматидными хромосомами. | n хромосом, 1c ДНК |
В таблице n обозначает один набор хромосом, а c — количество ДНК в гаплоидном наборе. Сопоставляйте число хромосом с количеством ДНК отдельно: после первого деления хромосом n, но каждая ещё двухроматидная. После второго деления число наборов остаётся n, а количество ДНК становится 1c.
У организма диплоидный набор равен 2n = 8. Сколько хромосом будет в каждой клетке после первого деления мейоза? Нужно определить результат расхождения гомологичных хромосом, а не считать отдельные хроматиды.
Ответ: в каждой клетке после первого деления будет 4 хромосомы. Каждая из них пока состоит из двух сестринских хроматид, но хроматиды не считают отдельными хромосомами.
В клетке перед мейозом 2n = 6. Укажите число хромосом и количество ДНК после первого и после второго деления. Для решения следует учитывать, что ДНК удваивается до мейоза, а между двумя делениями повторного удвоения нет.
Ответ: после первого деления — 3 хромосомы и 2c ДНК; после второго — 3 хромосомы и 1c ДНК. Число хромосом не меняется между этими этапами, потому что набор уже гаплоидный.
На схеме пары гомологичных хромосом обменялись участками, а затем разошлись к полюсам. Нужно назвать обмен, указать деление и объяснить его значение. Главный признак — именно обмен соответствующими участками гомологов.
Ответ: на схеме показан кроссинговер в профазе I; затем гомологичные хромосомы расходятся в первом делении. Значение процесса — появление новых сочетаний наследственного материала и повышение генетического разнообразия.
Ошибка — считать, что число хромосом уменьшается вдвое при каждом делении. Её допускают, потому что мейоз состоит из двух этапов, но редукция числа наборов происходит только в первом. Проверьте себя: после первого деления набор уже n, а после второго он остаётся n.
Нельзя путать гомологичные хромосомы с сестринскими хроматидами. Гомологи — парные хромосомы, а хроматиды — копии одной хромосомы после удвоения ДНК. Проверка простая: в первом делении расходятся гомологи, во втором — хроматиды.
После удвоения ДНК число хромосом не удваивается. Путаница возникает, потому что у каждой хромосомы появляется вторая хроматида, но до их разделения это всё ещё одна хромосома. Чтобы проверить расчёт, считайте центромеры: их число соответствует числу хромосом.
Неверно считать все клетки после мейоза генетически одинаковыми. Такое предположение упускает кроссинговер и независимое расхождение гомологов, которые меняют сочетания наследственного материала. Проверьте себя: если в объяснении результата нет этих источников различий, оно неполное.
Для понимания мейоза нужно знать строение хромосомы и различать гомологичные хромосомы и сестринские хроматиды. Также важно уметь отличать диплоидный набор 2n от гаплоидного n: это позволяет отслеживать изменение числа наборов на каждом этапе. Мейоз связан с образованием гамет и оплодотворением, при котором наборы хромосом объединяются. Кроссинговер и расхождение хромосом помогают объяснить наследование признаков и генетическое разнообразие организмов.
Почему мейоз включает два деления, но только одно удвоение ДНК?
ДНК удваивается перед началом мейоза, чтобы каждая хромосома состояла из двух сестринских хроматид. Первое деление разделяет гомологичные хромосомы, а второе — хроматиды. Между этими делениями нового удвоения ДНК нет, поэтому в итоге число наборов уменьшается вдвое.
В какой фазе мейоза происходит кроссинговер?
Кроссинговер происходит в профазе I, когда гомологичные хромосомы сближаются и соединяются. Обмен участками между ними создаёт новые сочетания генов.
Чем отличаются гомологичные хромосомы от сестринских хроматид?
Гомологичные хромосомы образуют пару: одна получена от матери, другая — от отца; в них расположены гены одних и тех же признаков. Сестринские хроматиды — две копии одной хромосомы, возникшие после удвоения ДНК. В первом делении расходятся гомологичные хромосомы, во втором — сестринские хроматиды.
Почему после первого деления число хромосом уменьшается вдвое?
В первом делении к разным полюсам клетки расходятся гомологичные хромосомы, а каждый полюс получает только одну хромосому из каждой пары. Поэтому набор становится гаплоидным. Сестринские хроматиды пока остаются соединёнными.
Как мейоз сохраняет постоянное число хромосом вида при половом размножении?
Мейоз уменьшает число наборов хромосом в половых клетках вдвое. При оплодотворении гаметы сливаются, и диплоидный набор восстанавливается. Поэтому число хромосом вида не удваивается в каждом поколении.
Мейоз
