Мейоз, биологическая сущность и значение.

Мейоз - особый способ деления клеток, в результате которого уменьшается число хромосом вдвое и переход клеток из диплоидного (2n) состояния в гаплоидное (n).

Мейоз состоит из двух последовательных делений: первого (редукционного) и второго, причем полноценная интерфаза происходит только перед первым делением. Основные события, происходящие в интерфазе, те же, что происходят в интерфазе митоза. В мейоз так же, как и в митоз, вступают клетки с хромосомами, состоящими из двух хроматид (2n4с).

Схема мейоза

 

2n2c

Интерфаза

2n4c

Мейоз I

n2c

 

Мейоз II

 

nc

 

В каждом делении мейоза выделяют такие же фазы, что и при митозе: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

В профазе 1 мейоза происходит те же 5 событий, что и в профазе митоза и дополнительно еще коньюгация и кроссинговер. Гомологичные хромосомы попарно соединяются, образуя биваленты (структуры, состоящие из двух хромосом, четырех хроматид). Тесное соединение двух гомологичных хромосом по всей длине называется – конъюгацией. Образуются перекресты конъюгирующих хромосом, что приводит к обмену участками между ними, это явление называется – кроссинговер. Формула наследственного материала клетки - (2n4с).

В метафазе 1 мейоза хромосомы максимально спирализованы и располагаются попарно (бивалентами) в плоскости экватора. Нити веретена деления прикреплены к центромерам хромосом (2n4с).

В анафазе 1 мейоза биваленты делятся надвое и за счет сокращения нитей веретена деления к полюсам клетки отходят целые хромосомы, состоящие из двух хроматид. Содержание генетического материала в клетке – 2n4с.

В телофазе 1 мейоза при формировании ядер и делении цитоплазмы в каждую дочернюю клетку попадает только по одной из каждой пары гомологичных хромосом. Хромосомы полностью не деспирализуются. Содержание генетического материала в каждой образовавшейся клетке - n2с (содержание хромосом уже гаплоидное, но каждая из них содержит двойное количество ДНК, т.е. хромосомы двухроматидные).

После первого деления интерфаза очень короткая (в ней не происходит синтез ДНК), и быстро наступает второе деление. Во втором мейотическом делении происходят те же события, что и в митозе. Разница заключается лишь в том, что клетки, вступающие в мейоз 2, имеют гаплоидный набор хромосом (n2c).

В профазе 2 мейоза - растворяется ядерная оболочка, и спирализованные хромосомы оказываются в цитоплазме; формируется веретено деления (n2с).

В метафазе 2 хромосомы располагаются в плоскости экватора; каждая хромосома состоит из двух хроматид (n2с).

В анафазе 2 хромосомы делятся в области центромеры на две хромотиды, которые расходятся к полюсам (2n2с).

В телофазе 2 образуются 4 гаплоидные клетки, содержание генетического материала в каждой образовавшейся клетке - nс (гаплоидный набор хромосом, каждая из них состоит из одной хромотиды).

Биологическое значение мейоза.

1. Мейоз обеспечивает поддержание постоянства числа хромосом во всех поколениях организмов, размножающихся половым путем.

2. Мейоз обеспечивает комбинативную изменчивость организмов:

а) в профазе 1 происходит кроссинговер, который приводит к перекомбинации генетического материала;

б) в метафазе 1 образуется большое число комбинаций негомологичных хромосом (комбинируются в различных сочетаниях материнские и отцовские хромосомы).

 

Типы размножения организмов. Бесполое размножение, его формы.

 

Размножение - свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Размножение обеспечивает непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений, что необходимо для поддержания существования вида. Основными типами размножения организмов являются бесполое и половое.

При бесполом размножении новая особь: а) образуется из соматических (вегетативных) клеток; б) является потомком одной родительской особи; в) генетически идентична с ней.

При половом размножении новый организм: а) образуется из половых гаплоидных клеток; б) образуемых, как правило, двумя родительскими особями (мужской и женской), в) содержит комбинации признаков обоих родителей.

Бесполое размножение. У одноклеточных организмов выделяют следующие формы бесполого размножения:

1. Деление. Прокариоты размножаются простым делением надвое. Эукариоты (амеба, инфузория, эвглена) делятся митотически.

2. Шизогония (множественное деление). Материнская клетка образует большое количество дочерних (малярийный плазмодий).

3. Почкование наблюдается у дрожжевых грибов.

4. Спорообразование. Дочерний организм развивается из специализированной клетки-споры (хламидомонада, хлорелла).

У многоклеточных организмов различают следующие формы бесполого размножения:

1. Вегетативное размножение встречается у цветковых растений. Новые особи формируются из вегетативных органов материнского организма.

2. Спорообразование наблюдается у водорослей, грибов, мхов, папоротников.

3. Фрагментация встречается у грибов, водорослей, лишайников. Заключается в распаде тела многоклеточного организма на фрагменты, каждый из которых, за счет регенерации, восстанавливает недостающие части.

4. Почкование наблюдается у кишечнополостных. Потомок формируется как вырост на теле родителя.

5. Полиэмбриония встречается на ранних этапах эмбрионального развития млекопитающих. У человека приводит к образованию однояйцевых близнецов.

6. Стробиляция наблюдается у некоторых кишечнополостных, при этом полип поперечными перетяжками делится на дочерние особи (стробилы).

Преимущества бесполого размножения заключаются в его простоте – не нужен партнер, потомство может оставить любая особь, не теряется удачное сочетание генов, позволяет в течение короткого времени дать многочисленное потомство.

 

Половое размножение. Половые клетки: яйцеклетки и сперматозоиды, их образование и развитие.

 

Половое размножение - это такой тип размножения, при котором новый организм развивается из зиготы, образовавшейся при слиянии гамет. В основе полового размножения лежит половой процесс, который заключается в обмене генетической информацией между особями (конъюгация у инфузорий) или объединению у потомков генетической информации обоих родителей (копуляция). При половом процессе число особей не увеличивается.

Для участия в половом размножении в родительских организмах вырабатываются гаметы. Слияние гамет приводит к возникновению зиготы, из которой развивается дочерний организм. Яйцеклетки вырабатываются в женском организме, а сперматозоиды в мужском. Образование гамет обоих видов в одном организме, называют гермафродитизмом (встречается у плоских червей). Половое размножение может происходить с оплодотворением, когда генетический материал объединяется, и без оплодотворения (партеногенез). Партеногенез – развитие организма из неоплодотворенного яйца. Например, трутни у пчел образуются из неоплодотворенной яйцеклетки.

Гаметы - это половые клетки, обеспечивающие передачу наследственной информации от родителей потомкам. Половые клетки образуются в половых органах. Мужские половые органы - у животных – семенники, у растений, грибов – антеридии, в них образуются мужские гаметы - сперматозоиды. Это мелкие, подвижные клетки, состоящие из головки, шейки и хвостика. В головке располагается ядро и акросома (видоизмененный комплекс Гольджи). Акросома содержит ферменты, обеспечивающие проникновение сперматозоида в яйцеклетку. В шейке находятся центриоли и митохондрии. Хвостик дает подвижность сперматозоидам. Сперматозоиды образуются в огромных количествах. При половом акте мужчина выделяет около 200 млн. сперматозоидов. Женские половые органы – у животных - яич­ники, у растений, грибов – архегонии, в них образуются яйцеклетки. Яйцеклетки неподвижны, могут достигать значительных размеров (у страуса 10-11 см в диаметре), в цитоплазме содержат огромное количество питательных веществ, покрыты оболочками. Яйцеклеток образуется меньше, чем сперматозоидов. Их у женщины в течение жизни созревает около 400.

Развитие половых клеток.

Процесс развития гамет называется гаметогенезом. Развитие сперматозоидов - сперматогенез, развитие яйцеклеток - овогенез.

Сперматогенез. Разви­тие сперматозоидов происходит в стенках извитых канальцев семенников. Развивающиеся клетки проходят четыре периода.

1. Период размножения - сперматогонии (диплоидные клетки – 2n2с) делятся митозом на протяжении всей жизни мужчины. После наступления половой зрелости, часть сперматогоний периодически вступает в период роста.

2. Период роста - сперматогонии растут, удваивается ДНК и образуются сперматоциты первого порядка (2n4с). Этот период соответствует интерфазе 1 мейоза.

3. Период созревания - в нем проходят 2 деления мейоза; в результате первого образуются 2 сперматоцита второго порядка (n2с); в результате второго деления образуются 4 сперматиды (nс).

Период формирования - из сперматид формируются сперматозоиды.

 

Периоды Сперматогенез Овогенез

размно- сперматогонии О О овогонии

жения / \ / \

О О 2n2с О О

/ \ / \ / \ / \

О О О О О О О ---

---------------------------------------------------¯------------------------------------------¯-----------------------

роста сперматоцит О овоцит

1-го порядка 2n4с 1-го порядка

 

-----------------------------------------------/----\-----------------------------------/---------------\---------------

сперматоциты О О n2c овоцит р.т.

2-го п.

созревания 2-го п-ка / \ / \ / \ / \

сперматиды О О О О nc

 

яйцеклетка редукционные т.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

формирования

сперматозоиды 0 0 0 0 nс

Овогенез - происходит в яичниках. Включает три периода:

1. Период размножения - происходит у человека в эмбриональный период и заканчивается еще до рождения девочки. Овогонии делятся митозом и количество их увеличивается (2n2с).

2. Период роста - овогонии к моменту рождения превращаются в овоциты первого порядка: удваивается ДНК (2n4с), увеличивается размер клеток, накапливаются белки, жиры, углеводы.

3. Период созревания - с наступлением половой зрелости овоциты первого порядка вступают в период созревания. Происходят 2 деления мейоза. В результате первого: из овоцита первого порядка образуется овоцит второго порядка (n2с) и редукционное тельце (n2с). В редукционное тельце уходит избыток хромосомного материала, а запас питательных веществ остается в овоците второго порядка. В результате второго деления образуется яйцеклетка (nс) и три редукционных тельца (nс).

Отличия сперматогенеза от овогенеза.

1. При сперматогенезе из одной исходной клетки (сперматогонии) образуется 4 сперматозоида, а при овогенезе из одной овогонии образуется одна яйцеклетка и три редукционных тельца.

2. При сперматогенезе период размножения длится в течение всей жизни мужчины, а при овогене­зе - заканчивается еще до рождения.

3. При сперматогенезе период роста относительно короткий, а при овогене­зе - длинный (накапливается запас питательных веществ для будущего зародыша).

4. При сперматогенезе период формирования выражен, при ово­генезе – отсутствует.