Гаплоидные клетки¶
Гаплоидные клетки — это клетки, содержащие одинарный (гаплоидный) набор хромосом, обозначаемый как n. В отличие от соматических клеток многоклеточных организмов, имеющих двойной (диплоидный) набор 2n, гаплоидные клетки несут половину хромосомного числа, характерного для вида. Гаплоидные клетки образуются в процессе мейоза, а также встречаются у ряда организмов в нормальном жизненном цикле.
¶Гаплоидность и диплоидность
Хромосомный набор организмов принято обозначать буквой n — число хромосом в гаплоидной клетке. У человека n = 23, поэтому диплоидная соматическая клетка содержит 46 хромосом, а гаплоидная половая клетка — 23. Понятие гаплоидности ввёл в биологическую терминологию немецкий ботаник Гуго де Фриз в 1889 году.
В зависимости от числа наборов хромосом различают:
- гаплоидные клетки (n) — один набор хромосом;
- диплоидные клетки (2n) — два набора;
- полиплоидные клетки — три и более набора (3n, 4n и т. д.).
¶Образование гаплоидных клеток
¶Мейоз
Основной путь образования гаплоидных клеток — мейоз, особый тип клеточного деления, в ходе которого диплоидная клетка делится дважды, образуя четыре гаплоидные клетки. Мейоз состоит из двух последовательных делений — редукционного и эквационного.
В профазе I мейоза происходит конъюгация гомологичных хромосом с образованием бивалентов (тетрад). Кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами — обеспечивает генетическое разнообразие. В метафазе I биваленты выстраиваются по экваториальной пластинке, в анафазе I гомологичные хромосомы расходятся к полюсам, что и обеспечивает редукцию хромосомного числа вдвое. Второе деление (мейоз II) напоминает митоз: сестринские хроматиды расходятся, и в результате образуются четыре гаплоидные клетки.
У самцов млекопитающих, включая человека, все четыре продукта мейоза жизнеспособны и превращаются в сперматозоиды. У самок в процессе оогенеза из одной диплоидной оогониальной клетки формируются одна крупная функциональная яйцеклетка (ооцит) и два-три малополезных полярных тельца, которые затем дегенерируют.
¶Митоз гаплоидных клеток
У ряда организмов гаплоидные клетки способны размножаться митозом. Так, у грибов, водорослей и некоторых простейших гаплоидная фаза преобладает в жизненном цикле, и именно гаплоидные клетки делятся митозом, увеличивая численность популяции.
¶Другие механизмы
У насекомых и некоторых других беспозвоночных гаплоидные особи развиваются из неоплодотворённых яиц в результате партеногенеза. У пчёл, например, трутни развиваются из неоплодотворённых яиц и являются гаплоидными.
¶Гаплоидные клетки в жизненных циклах организмов
¶У растений
У высших растений гаплоидная фаза представлена гаметофитом. Из зиготы (2n) развивается спорофит, который в процессе спорогенеза образует споры (n) путём мейоза. Споры дают начало гаметофиту — гаплоидному поколению, на котором формируются половые клетки — гаметы (n). У голосеменных растений гаметофит редуцирован, у покрытосеменных — представлен пыльцевым зерном и зародышевым мешком.
¶У животных
У животных, как правило, гаплоидная фаза ограничена единственной клеткой — зиготой, образующейся при слиянии гамет. Весь остальной жизненный цикл проходит в диплоидной фазе. Исключение составляют некоторые группы беспозвоночных (губки, кишечнополостные, круглые черви, членистоногие), у которых гаплоидные особи встречаются в норме.
¶У грибов и простейших
У большинства грибов преобладает гаплоидная фаза: мицелий гаплоидный, диплоидная стадия ограничена зиготой. У дрожжей, например, гаплоидные клетки способны к митотическому размножению и к половой конъюгации с образованием диплоидной зиготы.
¶Значение гаплоидности
Гаплоидные клетки играют ключевую роль в половом размножении: слияние двух гаплоидных гамет восстанавливает диплоидный набор хромосом в зиготе, что обеспечивает генетическое постоянство вида между поколениями. Одновременно гаплоидная стадия позволяет «проявить» рецессивные аллели, что важно для естественного отбора.
В селекции и генетике растений используется способность к образованию гаплоидных клеток: метод гаплоидного размножения позволяет быстро получать гомозиготные линии, что ускоряет создание новых сортов. В медицине и биотехнологии гаплоидные клетки (например, гаплоидные эмбриональные стволовые клетки) применяются для изучения функций генов и моделирования наследственных заболеваний.
¶Источники
- Википедия: «Мейоз», «Гаплоидность», «Половое размножение»
- Астауров Б. Л. «Хромосомная теория наследственности»
- Каменский А. А. «Биология: для поступающих в вузы»
- Луцкая С. А. «Общая биология»
- Alberts B. et al. «Molecular Biology of the Cell»