Iedereen weet dat bij seksuele voortplanting een nieuw organisme ontstaat als gevolg van de fusie van twee gameten (geslachtscellen). Gametogenese, of de vorming van generatieve cellen, vindt plaats via een specifieke deling die meiose wordt genoemd. Wat is de essentie van dit proces, wat zijn de stadia ervan, zullen we in dit artikel vertellen.
Een beetje algemene kennis
Voor de meeste heteroseksuele organismen op onze planeet is seksuele voortplanting kenmerkend. In dit geval hebben de gameten een halve chromosoomset, die haploïde (n) wordt genoemd. Als resultaat van de fusie van gameten wordt een zygote gevormd, waarin diploïdie wordt hersteld, en de set chromosomen wordt 2n genoemd, wat de essentie is van meiose (kort).
Drosophila (fruitvlieg) heeft bijvoorbeeld slechts 4 chromosomen - dit is een diploïde set. Gameten in haar kern hebben slechts 2 chromosomen. Bij mensen zijn er in elke cel in de kern 46 chromosomen en in de gameten (ei en sperma) elk 23.
Maarhet herstel van diploïdie tijdens seksuele voortplanting is slechts een klein deel van wat de essentie van meiose is.
Chromosomen en chromatiden
Om het volgende materiaal te begrijpen, is het belangrijk om het verschil tussen de twee te begrijpen.
Chromosomen (de aanduiding n wordt gebruikt) worden dragers van genetisch materiaal genoemd, maar dit zijn eenvoudigweg DNA-moleculen (desoxyribonucleïnezuur), zich vermenigvuldigd in spiralen en bevinden zich in de kern van eukaryote cellen (met een kern met een membraanomhulsel) organismen. In de vorm waarin we ze gewend zijn te zien in studieboeken en naslagwerken (de foto hierboven toont menselijke chromosomen), worden ze pas merkbaar tijdens de interfase, vóór de celdeling, wanneer ze al verdubbeld zijn.
Maar de chromatiden (aangeduid met) - dit is slechts het structurele deel van het chromosoom, dat al door het proces van replicatie (verdubbeling) is gegaan in de interfase vóór celdeling. Een chromatide is een van de twee kopieën van DNA die op dit moment verbonden zijn door een speciale vernauwing (centromeer).
Zolang twee chromatiden verbonden zijn door een centromeer, worden ze zusterchromatiden genoemd. En alleen tijdens de seksuele deling van cellen (meiose) scheiden en vertegenwoordigen ze onafhankelijke eenheden van erfelijk materiaal, en als er kruising tussen hen plaatsvond (daarover later meer), dan ondergingen ze veranderingen in de gensequentie.
Alle chromosomen zijn verschillend in vorm en grootte binnen één homoloog (identiek) paar. De hele set chromosomen in cellen van dezelfde soort wordt een karyotype genoemd. Dus bij mensen is het karyotype 46 chromosomen,waarvan 22 paren homoloog of autosomen zijn en 23 paren geslachtschromosomen (X en Y). In menselijke gameten (sperma en ei) is er een halve (haploïde) set chromosomen - 23 autosomen en 1 geslachtschromosoom (X of Y).
Alleen meiose biedt zo'n set in gameten.
Speciale celdeling
Specifieke deling met de vorming van kiemcellen - meiose (van het Griekse woord Μείωσις, wat reductie betekent) is een reeks van twee opeenvolgende celdelingen, waardoor de kern zich twee keer deelt en de chromosomen slechts één keer. Hierdoor is er een halvering (reductie) van het chromosoom in gameten, wat, wanneer ze samensmelten, de diploïdie van de zygote herstelt. Dit is de biologische betekenis ervan.
Meiose (zijn fasen) in alle levende organismen vindt op dezelfde manier plaats:
- De eerste deling (reductie), waarna het aantal chromosomen wordt gehalveerd.
- De tweede deling (equationeel) komt voor als een eenvoudige deling (mitose). Het wordt ook nivellering genoemd.
Eerste meiotische deling
Tijdens de voorbereiding van een cel voor deling (interfase) in de kern, verdubbelt het aantal chromosomen (er zijn er 4 n), wat typisch is voor cellen die delen door eenvoudige deling (mitose). In de cellen van de voorlopers van gameten (bij mensen, spermatocyten en eicellen), vindt een dergelijke verdubbeling niet plaats in de interfase, en de cel begint meiose met een set van 2n-chromosomen en passeertde volgende stappen:
- Profase I. In dit stadium worden de chromosomen dichter en dichter bij elkaar. Er vindt conjugatie (adhesie) van homologe chromosomen (één paar) plaats, waarbij oversteken plaatsvindt. Dit proces is alleen kenmerkend voor meiose (wat de essentie is, zullen we hieronder beschrijven). Dan worden de chromosomen gescheiden, de schil van de celkern wordt vernietigd en de delingsspoel begint zich te vormen.
- Metafase I. De spilvezels hechten zich vast aan de centromeren van de chromosomen, en ze bevinden zich zelf langs de delingsequator tegenover elkaar, en niet langs dezelfde lijn (zoals bij mitose).
- Anafase I. Spindeldraden strekken de chromosomen uit tot aan de polen. In het kort, de betekenis en essentie van meiose ligt in deze fase van deling - de polen hebben n chromosomen.
- Telofase I. In dit stadium worden nucleaire enveloppen gevormd. Bij dieren en sommige planten vindt verdere deling van het cytoplasma plaats en worden twee dochtercellen gevormd.
De gevormde cellen gaan de interfase in, die ofwel erg kort is of afwezig is.
Tweede meiotische deling
Meiosis II heeft dezelfde fasen:
- Profase II. Chromosomen worden dichter, kernmembranen verdwijnen en de splijtingsspil begint te verschijnen (foto hierboven).
- Tijdens metafase II gaat de vorming van de spil door en bevinden de chromosomen zich langs de delingsequator.
- Anafase II. Chromosomen worden uitgerekt tot aan de polen van de cel (foto hieronder).
- Telofase II. Kernmembranen worden gevormd, het cytoplasma wordt verdeeld tussentwee cellen.
Met deze deling verandert het aantal chromosomen niet, maar elk van hen bestaat uit slechts één chromatide (structurele eenheid). Dit is de essentie van meiose II. Cellen worden gevormd met een haploïde set chromosomen in elk (n).
Biologische betekenis van meiose
Wat het is, is al duidelijk geworden:
- Meiose is een perfect mechanisme dat zorgt voor de constantheid van het karyotype (aantal chromosomen) van een soort die inherent is aan seksuele voortplanting.
- Door twee opeenvolgende delingen van meiose wordt het aantal chromosomen in gameten haploïde en wordt het logisch om diploïdie te herstellen wanneer ze fuseren (bevruchten) met de vorming van een zygote met het oorspronkelijke diploïde karyotype.
- Het is meiose die de eigenschap van organismen als variabiliteit verschaft. In profase I - door oversteken, en in anafase I - vanwege het feit dat homologe chromosomen met verschillende genen in verschillende gameten terecht kunnen komen.
Wat is Crossover
Laten we terugkeren naar profase I van meiose. Het is op dit moment, wanneer de homologe chromosomen elkaar naderen en bijna aan elkaar kleven, dat een uitwisseling tussen hen van elke plaats kan plaatsvinden. Het is deze uitwisseling die oversteken wordt genoemd, wat letterlijk vertaald uit het Engels (oversteken) betekent oversteken of oversteken.
Met andere woorden, een deel van een chromosoom kan van plaats wisselen met hetzelfde deel van een ander chromosoom van hetzelfde paar. Dit mechanisme zorgt voor recombinatieve genetische variabiliteit van organismen. schuifelendgenen leidt tot verhoogde biodiversiteit binnen een enkele soort.
Levenscyclus en meiose
Afhankelijk van welk stadium van de levenscyclus meiose plaatsvindt, zijn er drie soorten meiose in de biologie:
- Initial (zygote) vindt plaats onmiddellijk na de bevruchting in de zygote. Dit type meiose is typerend voor organismen met een overwicht van de haploïde fase in de levenscyclus. Dit zijn schimmels (ascomyceten en basidomyceten), sommige algen (chlamydomonas), protozoa (sporozoa).
- Intermediaire (spore) meiose vindt plaats tijdens de vorming van sporen in organismen met een uniforme afwisseling van diploïde en haploïde vormen. Dit zijn hogere sporen (mossen, knotsmossen, paardenstaarten, varens), gymnospermen en angiospermen. Bij dieren is dit type meiose kenmerkend voor foraminiferen van mariene protozoa.
- Laatste (gametische) meiose is inherent aan alle meercellige dieren, fucus-zeewier en sommige protozoa (ciliaten). In deze organismen overheerst de diploïde fase in de levenscyclus, en alleen gameten hebben een haploïde set chromosomen.
Samenvatten
Studenten maken kennis met de essentie van meiose in de 6e klas bij het bestuderen van protozoa, algen, en gaan over naar de studie van plantenbiologie. Dit sleutelconcept van de algemene biologie en de vormingsmechanismen van geslachtscellen (gameten) stelt ons in staat om de gemeenschappelijkheid van al het leven op onze planeet te begrijpen, om de verschillende levenscycli van planten en dieren te begrijpen.
Bovendien is het meiose die we zouden moeten zijnzijn dankbaar voor de intraspecifieke diversiteit van de biologische soort Homo sapiens. Tijdens de studie biologie in de daaropvolgende lessen blijven de studenten de fasen van geslachtsdeling bestuderen, en wanneer ze kennis maken met genetica, de wetten van erfelijkheid en variabiliteit.
Door de mechanismen van verschillende celdelingen te bestuderen, kunnen we de uniciteit en doelmatigheid van de natuurwetten begrijpen, die gedurende miljarden jaren van evolutie op een enkele planeet van het zonnestelsel zijn gevormd. En we hadden het geluk om erop geboren te zijn.
