Мейоз — процесс деления клеток¶
Мейоз (от др.-греч. μείωσις — уменьшение) — особая форма деления соматических клеток, в результате которой из диплоидной (2n) клетки формируются четыре гаплоидные (n) клетки с генетически уникальным набором хромосом. Мейоз лежит в основе полового размножения и обеспечивает постоянство числа хромосом в ряду поколений, а также генетическое разнообразие потомства.
¶Биологическое значение
Мейоз выполняет две ключевые функции:
- Генетическая стабильность. Уменьшение числа хромосом вдвое компенсирует их удвоение при оплодотворении, благодаря чему у каждого вида сохраняется постоянное для данного вида число хромосом.
- Генетическое разнообразие. В ходе мейоза формируются гаметы с уникальными комбинациями генов, что является материальной основой изменчивости потомства и естественного отбора.
¶Основные этапы
Мейоз состоит из двух последовательных делений — мейоза I и мейоза II, между которыми обычно отсутствует интерфаза удвоения ДНК. Каждое деление включает профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
¶Мейоз I (редукционное деление)
В профазе I хромосомы конденсируются, происходит их конъюгация — попарное сближение гомологичных хромосом с образованием бивалентов (тетрад). На участках конъюгированных хромосом возможен кроссинговер — обмен участками гомологичных хромосом, приводящий к рекомбинации генов. В метафазе I биваленты выстраиваются по экватору клетки. В анафазе I гомологичные хромосомы расходятся к полюсам, в то время как сестринские хроматиды остаются соединёнными. В результате мейоза I из одной диплоидной клетки образуются две гаплоидные клетки, каждая из которых содержит по одной хромосоме из каждой гомологичной пары.
¶Мейоз II (эквационное деление)
Мейоз II по механизму сходится с митозом. В профазе II хромосомы вновь конденсируются, в метафазе II выстраиваются по экватору, в анафазе II сестринские хроматиды расходятся к полюсам. В результате формируются четыре гаплоидные клетки.
¶Отличия от митоза
| Признак | Митоз | Мейоз |
|---|---|---|
| Число делений | Одно | Два |
| Конъюгация и кроссинговер | Отсутствуют | Присутствуют |
| Число образующихся клеток | Две | Четыре |
| Хромосомный набор клеток-продуктов | Диплоидный (2n) | Гаплоидный (n) |
| Генетическое сходство с материнской клеткой | Идентичны | Отличаются |
| Распределение хромосом | Случайное в пределах пары | Случайное независимое распределение гомологичных пар |
¶Источники генетического разнообразия
В мейозе работают три механизма, создающие уникальность гамет:
- Кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами в профазе I, приводящий к образованию рекомбинантных хромосом.
- Случайное (независимое) распределение хромосом — произвольная ориентация бивалентов в метафазе I и, соответственно, случайное попадание гомологичных хромосом в разные клетки-продукты.
- Случайное оплодотворение — слияние двух произвольно сформированных гамет.
Эти механизмы в совокупности обеспечивают колоссальное разнообразие генотипов: у человека с 23 парами хромосом только за счёт независимого распределения возможно 2²³ ≈ 8,4 млн комбинаций, а с учётом кроссинговера число вариантов практически не ограничено.
¶Мейоз у разных организмов
У животных и большинства растений мейоз происходит при образовании половых клеток (гаметогенез). У животных мейоз происходит в половых железах: у самцов — в семенниках (сперматогенез), у самок — в яичниках (овогенез). У грибов и водорослей мейоз часто происходит при образовании зиготы или спор. У покрытосеменных растений мейоз осуществляется при формировании микроспор в пыльниках и мегаспор в семязачатке.
¶Нарушения мейоза
Ошибки в ходе мейоза — нарушение хромосомной сегрегации (недосмотр или недоразделение хромосом) — приводят к образованию гамет с аномальным числом хромосом (анеуплоидия). После оплодотворения такие гаметы формируют зиготы с нарушением кариотипа. Классический пример — синдром Дауна, обусловленный трисомией по 21-й хромосоме (47 хромосом вместо 46), чаще возникающей вследствие нерасхождения хромосом в мейозе I у матери.
¶История открытия
Процесс мейоза был описан немецкими цитологами Оскаром Гертвигом и Эдуардом ван Бенеденом в 1880-х годах при изучении оплодотворения у морских ежей. Термин «мейоз» ввёл в обиход ботаник Фарлоу в 1905 году. Роль кроссинговера в генетическом разнообразии была экспериментально подтверждена Томасом Хантом Морганом и его сотрудниками в начале XX века.
¶Исторические источники
- Воронцов Н. Н. Курс общей биологии. — М.: Академия, 2004.
- Сиверс Ф., Хедрик Дж., Саспортас Р. Биология: в 2 т. — М.: Мир, 2006.
- Алов И. А., Гуртовой Б. Н., Козлов В. Ф. Биология: в 3 ч. — М.: Просвещение, 2000.
- Морган Т. Х. Эволюция и адаптация. — М.: КЛК, 2010.