Главная функция мейоза. Сущность, механизм и биологическое значение мейоза

В природе существует несколько способов и видов деления клеток. Одним из них является процесс деления, именуемый мейозом. В данной статье Вы узнаете, как происходит данный процесс, об его особенностях, а также в чём заключается биологическое значение мейоза.

Фазы мейоза

Способ деления, в результате которого из материнской клетки образуется четыре дочерние с уменьшенным в два раза набором хромосом, называется мейозом.

Таким образом, если делится диплоидная соматическая клетка, то в результате получаем четыре гаплоидные клетки.

Весь процесс проходит непрерывно в два этапа, между которыми практически отсутствует интерфаза. Кратко описать весь процесс поможет следующая таблица:

Фаза	Описание
*Первое деление:*
Профаза 1	Ядрышки растворяются, разрушаются ядерные мембраны, и формируется веретено деления.
Метафаза 1	Спирализация достигает максимальных значений, пары хромосом располагаются в экваториальной части веретена.
Анафаза 1	Гомологичные хромосомы отходят к разным полюсам. Поэтому из каждой их пары одна попадает в дочернюю клетку.
Телофаза 1	Разрушается веретено деления, формируются ядра, и распределяется цитоплазма. В результате получается две клетки, которые буквально сразу же вступают в новый процесс деления способом митоза.
*Второе деление:*
Профаза 2	Происходит формирование хромосом, которые беспорядочно расположены в цитоплазме клетки. Образуется новое веретено деления.
Метафаза 2	Хромосомы перемещаются к экватору веретена деления.
Анафаза 2	Хроматиды разделяются и расходятся к разным полюсам.
Телофаза 2	В результате получаем четыре гаплоидные клетки с одной хроматидой.

Рис. 1. Схема мейоза

Профаза 1 проходит в пять стадий, во время которых хроматин спирализуется, образуются двухроматидные хромосомы. Наблюдается попарное сближение гомологичных хромосом (конъюгация), при этом в некоторых местах они перекрещиваются и обмениваются определёнными участками (кроссинговер).

Рис. 2. Схема профазы 1

Биологическое значение мейоза

Процесс деления клеток-эукариотов способом мейоза играет большую роль, особенно в образовании клеток половой системы - гамет. В процессе оплодотворения, когда гаметы сливаются, новый организм получает диплоидный набор хромосом и тем самым сохраняются признаки кариотипа. Если бы не было мейоза, то в результате размножения число хромосом постоянно бы росло.

Рис. 3. Схема образования гамет

Помимо этого биологическим смыслом мейоза является:

ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой

образование споров у некоторых растительных организмов, а также грибов;
комбинативная изменчивость организмов, так как при конъюгации получаются новые наборы генетической информации;
основополагающий этап при образовании гамет;
передача генетического кода новому поколению;
поддержание постоянного числа хромосом при размножении;
дочерние клетки не похожи на материнские и сестринские.

Что мы узнали?

Мейозом называют процесс, сущность которого состоит в уменьшении числа хромосом при делении клетки. Проходит он в два этапа, каждый из которых состоит из четырёх фаз. В результате первого этапа получаем две клетки с гаплоидным набором хромосом. Второй этап проходит по принципу деления способом митоза, в результате чего получаем четыре клетки с гаплоидным набором. Данный процесс очень важен в образовании половых клеток, которые участвуют в оплодотворении. Полученные клетки - гаметы с гаплоидным набором при слиянии образуют зиготу с диплоидным набором, тем самым поддерживается постоянное число хромосом. Особенность мейоза состоит в том, что дочерние клетки не похожи на материнскую клетку, и имеют особый генетический материал.

Мейоз – это особый способ деления клеток, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом вдвое. Впервые он был описан В. Флеммингом в 1882 г. у животных и Э. Сграсбургером в 1888 г. у растений. С помощью мейоза образуются споры и половые клетки - гаметы. В результате редукции хромосомного набора в каждую гаплоидную спору и гамету попадает по одной хромосоме из каждой пары хромосом, имеющихся в данной диплоидной клетке. В ходе дальнейшего процесса оплодотворения (слияния гамет) организм нового поколения получит опять диплоидный набор хромосом, т.е. кариотип организмов данного вида в ряду поколений остается постоянным. Таким образом, важнейшее значение мейоза заключается в обеспечении постоянства кариотипа в ряду поколений организмов данного вида при половом размножении.

Мейоз включает два быстро следующих одно за другим деления. Перед началом мейоза каждая хромосома реплицируется (удваивается в S-периоде интерфазы). В течение некоторого времени две ее образовавшиеся копии остаются связанными друг с другом центромерой. Следовательно, в каждом ядре, в котором начинается мейоз, содержится эквивалент четырех наборов гомологичных хромосом (4с).

Второе деление мейоза следует практически сразу за первым, и синтез ДНК в промежутке между ними не происходит (т. е., по сути дела, между первым и вторым делением отсутствует интерфаза).

Первое мейотическое (редукционное) деление приводит к образованию из диплоидных клеток (2n) гаплоидных клеток (n). Оно начинается с профазы I , в которой осуществляется, так же как и в митозе, упаковка наследственного материала (спирализация хромосом). Одновременно происходит сближение гомологичных (парных) хромосом своими одинаковыми участками - конъюгация (событие, которое в митозе не наблюдается). В результате конъюгации образуются хромосомные пары - биваленты . Каждая хромосома, вступая в мейоз, как отмечалось выше, имеет удвоенное содержание наследственного материала и состоит из двух хроматид, поэтому бивалент состоит из 4 нитей. Когда хромосомы находятся в конъюгированном состоянии, продолжается их дальнейшая спирализация. При этом отдельные хроматиды гомологичных хромосом переплетаются, перекрещиваются между собой. В последующем гомологичные хромосомы несколько отталкиваются одна от другой. В результате этого в местах переплетения хроматид может происходить их разрыв, и как следствие в процессе воссоединения разрывов хроматид гомологичные хромосомы обмениваются соответствующими участками. В результате хромосома, пришедшая к данному организму от отца, включает участок материнской хромосомы, и наоборот. Перекрест гомологичных хромосом, сопровождающийся обменом соответствующими участками между их хроматидами, называется кроссинговером . После кроссинговера в дальнейшем расходятся уже измененные хромосомы, т. е с другим сочетанием генов. Являясь процессом закономерным, кроссинговер приводит каждый раз к обмену разными по величине участками и обеспечивает таким образом эффективную рекомбинацию материала хромосом в гаметах.

Биологическое значение кроссинговера чрезвычайно велико, поскольку генетическая рекомбинация позволяет создавать новые, ранее не существовавшие комбинации генов и повышает выживаемость организмов в процессе эволюции.

В метафазе I завершается формирование веретена деления. Его нити прикрепляются к кинетохорам хромосом, объединенных в биваленты. В результате нити, связанные с кинетохорами гомологичных хромосом, устанавливают биваленты в плоскости экватора веретена деления.

В анафазе I гомологичные хромосомы отделяются друг от друга и расходятся к полюсам клетки. При этом к каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом (каждая хромосома состоит из двух хроматид).

В телофазе I у полюсов веретена собирается одиночный, гаплоидный набор хромосом, в котором каждый вид хромосом представлен уже не парой, а одной хромосомой, состоящей из двух хроматид. В короткой по продолжительности телофазе I восстанавливается ядерная оболочка, после чего материнская клетка делится на две дочерние.

Таким образом, образование бивалентов при конъюгации гомологичных хромосом в профазе I мейоза создает условия для последующей редукции числа хромосом. Формирование гаплоидного набора в гаметах обеспечивается расхождением в анафазе I не хроматид, как в митозе, а гомологичных хромосом, которые ранее были объединены в биваленты.

Вслед за телофазой I деления следует короткая интерфаза, в которой ДНК не синтезируется, и клетки приступают к следующему делению, которое сходно с обычным митозом. Профаза II непродолжительная. Ядрышки и ядерная оболочка разрушаются, а хромосомы укорачиваются и утолщаются. Центриоли, если они присутствуют, перемещаются к противоположным полюсам клетки, появляются нити веретена деления. В метафазе II хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости. В анафазе II в результате движения нитей веретена деления осуществляется разделение хромосом на хроматиды, так как происходит разрушение их связей в области центромер. Каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой. С помощью нитей веретена деления хромосомы растягиваются к полюсам клетки. Телофаза II характеризуется исчезновением нитей веретена деления, обособлением ядер и цитокинезом, завершающимся образованием из двух гаплоидных клеток четырех гаплоидных клеток. В целом, после мейоза (I и II) из одной диплоидной клетки образуются 4 клетки с гаплоидным набором хромосом.

Редукционное деление является, по сути, механизмом, препятствующим непрерывному увеличению числа хромосом при слиянии гамет, без него при половом размножении число хромосом удваивалось бы в каждом новом поколении. Иными словами, благодаря мейозу поддерживается определенное и постоянное число хромосом во всех поколениях любого вида растений, животных и грибов. Другое важное значение мейоза заключается в обеспечении чрезвычайного разнообразия генетического состава гамет как в результате кроссинговера, так и в результате различного сочетания отцовских и материнских хромосом при их независимом расхождении в анафазе I мейоза, что обеспечивает появление разнообразного и разнокачественного потомства при половом размножении организмов.

Уже почти три года как я веду свой блог репетитора по биологии . Некоторые темы вызывают особый интерес и комментарии к статьям становятся невероятно «раздутым». Понимаю, что читать такие длинные «портянки» со временем становится очень неудобно.
Поэтому решил часть вопросов читателей и мои ответы на них, имеющих, возможно, интерес для многих, размещать в отдельной рубрике блога, которую назвал «Из диалогов в комментариях».

Чем интересна тема этой статьи? Ведь понятно, что основное биологическое значение мейоза: обеспечение постоянства числа хромосом в клетках из поколения в поколение при половом размножении.

Причем, не надо забывать, что у животных организмов в специализированных органах (гонадах) из диплоидных соматических клеток (2n) мейозом образуются гаплоидные половые клетки гаметы (n).

Так же помним, что все растения живут с : спорофита, образующего споры и гаметофита, образующего гаметы. Мейоз у растений протекает на стадии созревания гаплоидных спор (n). Из спор развивается гаметофит, все клетки которого гаплоидные (n). Поэтому в гаметофитах митозами образуются гаплоидные мужские и женские половые клетки гаметы (n) .

Теперь давайте посмотрим материалы комментариев к статье какие же существуют тесты для ЕГЭ по вопросу о биологическом значении мейоза .

Светлана (учитель биологии). Добрый день, Борис Фагимович!

Я проанализировала 2 пособия ЕГЭ Калиновй Г.С. и вот что обнаружила.

1 вопрос.

2. Образовании клеток с удвоенным числом хромосом;
3. Образовании гаплоидных клеток;
4. Рекомбинации участков негомологичных хромосом;
5. Новых комбинациях генов;
6. Появление большего числа соматических клеток.
Официальный ответ 3,4,5 .

2 вопрос похожий, НО!
Биологическое значение мейоза состоит в:
1. Появлении новой последовательности нуклеотидов;
2. Образовании клеток с диплоидным набором хромосом;
3. Образовании клеток с гаплоидным набором хромосом;
4. Формировании кольцевой молекулы ДНК;
5. Возникновении новых комбинаций генов;
6. Увеличении числа зародышевых листков.
Официальный ответ 1,3,5.

Что же выходит: в 1 вопросе ответ 1 отметается, а во 2 вопросе он верный? Но 1 — это скорее всего ответ на вопрос, что обеспечивает мутационный процесс; если — 4, то, в принципе, это тоже может быть правильным, поскольку кроме гомологичных хромосом негомологичные тоже вроде могут перекомбинироваться? Я больше склоняюсь к ответам 1,3,5.

Здравствуйте, Светлана! Есть наука биология, излагаемая в вузовских учебниках. Есть дисциплина биология, излагаемая (как можно более доступно) в школьных учебниках. Доступность (а фактически популяризация науки) часто выливается во всевозможные неточности, которыми “грешат” школьные учебники (даже переиздаваемые по 12 раз с одними и теми же ошибками).

Светлана, а что уж говорить про тестовые задания, которых “насочиняли” уже десятки тысяч (в них конечно встречаются и откровенные ошибки, и всевозможные некорректности, связанные с двояким трактованием вопросов и ответов).

Да, Вы правы, доходит до явного абсурда, когда один и тот же ответ в разных заданиях даже одного автора оценивается им как правильный и как не правильный. И такой, мягко говоря, “путаницы”, очень и очень много.

Учим школьников, что коньюгациягомологичных хромосом в профазу 1 мейоза может привести к кроссинговеру. Кроссинговер обеспечивает комбинативную изменчивость — появление нового сочетания генов или, что тоже самое «новой последовательности нуклеотидов». В этом тоже заключается одно из биологических значений мейоза, поэтому ответ 1 бесспорно следует считать правильным.

А вот в правильности ответа 4 на счет рекомбинации участков НЕГОМОЛОГИЧНЫХ хромосом вижу огромную «крамолу» в составлении такого теста вообще. При мейозе в норме коньюгируют ГОМОЛОГИЧНЫЕ хромосомы (в этом суть мейоза, в этом его биологическое значение ). Но бывают хромосомные мутации, возникающие из-за ошибок мейоза, когда коньюгируют негомологичные хромосомы. Вот в ответе на вопрос: «Как возникают хромосомные мутации» — этот ответ был бы правильным.

Составители порой видимо “не видят” частицу “не” перед словом “гомологичные”, так как мне тоже попадались другие тесты, где на вопрос о биологическом значении мейоза надо было выбрать этот ответ как правильный. Конечно, абитуриентам надо знать, что верные ответы здесь 1,3,5.

Как видим, эти два теста плохие еще и потому, что в них вообще не предлагается основного правильного ответа на вопрос о биологическом значении мейоза, а ответы 1 и 5 — это фактически одно и тоже.

Да, Светлана, это “ляпы” за которые расплачиваются выпускники и абитуриенты на экзаменах при сдаче ЕГЭ. Поэтому, главное все же, даже для сдачи ЕГЭ, учить своих учеников в основном по учебникам , а не по тестовым заданиям. Учебники дают комплексные знания. Только такие знания помогут ответить учащимся на любые правильно составленные тесты.

**************************************************************

У кого будут вопросы по статье к репетитору биологии по Скайпу , обращайтесь в комментариях.

При половом размножении дочерний организм возникает в результате слияния двух половых клеток (гамет ) и последующего развития из оплодотворенной яйцеклетки — зиготы.

Половые клетки родителей обладают гаплоидным набором (n ) хромосом, а в зиготе при объединении двух таких наборов число хромосом становится диплоидным (2n ): каждая пара гомологичных хромосом содержит одну отцовскую и одну материнскую хромосому .

Гаплоидные клетки образуются из диплоидных в результате особого клеточного деления — мейоза.

Мейоз — разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2п) соматических клеток половых же лез образуются гаплоидные гаметы (1 n ). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК.

Мейоз представляет собой непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление): при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление). Клетки, вступающие в мейоз, содержат генетическую информацию 2n2хр (рис. 1).

В профазе мейоза I происходит постепенная спирализация хроматина с образованием хромосом. Гомологичные хромосомы сближаются, образуя общую структуру, состоящую из двух хромосом (бивалент) и четырех хроматид (тетрада). Соприкосновение двух гомологичных хромосом по всей длине называется конъюгацией. Затем между гомологичными хромосомами появляются силы отталкивания, и хромосомы сначала разделяются в области центромер, оставаясь соединенными в области плеч, и образуют перекресты (хиазмы). Расхождение хроматид постепенно увеличивается, и перекресты смещаются к их концам. В процессе конъюгации между некоторыми хроматидами гомологичных хромосом может происходить обмен участками — кроссинговер, приводящий к перекомбинации генетического материала. К концу профазы растворяются ядерная оболочка и ядрышки, формируется ахроматиновое веретено деления. Содержание генетического материала остается прежним (2n2хр).

В метафазе мейоза I биваленты хромосом располагаются в экваториальной плоскости клетки. В этот момент спирализация их достигает максимума. Содержание генетического материала не изменяется (2п2хр).

В анафазе мейоза I гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, окончательно отходят друг от друга и расходятся к полюсам клетки. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна — число хромосом уменьшается вдвое (происходит редукция). Содержание генетического материала становится 1n2хр у каждого полюса.

В телофазе происходит формирование ядер и разделение цитоплазмы — образуются две дочерние клетки. Дочерние клетки содержат гаплоидный набор хромосом, каждая хромосома — две хроматиды (1n2хр).

Интеркинез — короткий промежуток между первым и вторым мейотическими делениями. В это время не происходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро вступают в мейоз II, протекающий по типу митоза.

Рис. 1. Схема мейоза (показана одна пара гомологичных хромосом). Мейоз I: 1, 2, 3. 4. 5 — профаза; 6 —метафаза; 7 — анафаза; 8 — телофаза; 9 — интеркинез. Мейоз II; 10 —метафаза; II —анафаза; 12 — дочерние клетки.

В профазе мейоза II происходят тс же процессы, что и в профазе митоза. В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Изменений содержания генетического материала не происходит (1n2хр). В анафазе мейоза II хроматиды каждой хромосомы отходят к противоположным полюсам клетки, и содержание генетического метериала у каждого полюса становится lnlxp. В телофазе образуются 4 гаплоидные клетки (lnlxp).

Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной материнской клетки образуются 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Кроме того, в профазе мейоза I происходит перекомбинация генетического материала (кроссинговер), а в анафазе I и II — случайное отхождение хромосом и хроматид к одному или другому полюсу. Эти процессы являются причиной комбинативной изменчивости.

Биологическое значение мейоза :

1) является основным этапом гаметогенеза;

2) обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении;

3) дочерние клетки генетически не идентичны материнской и между собой.

Атак же, биологическое значение мейоза заключается в том, что уменьшение числа хромосом необходимо при образовании половых клеток, поскольку при оплодотворении ядра гамет сливаются. Если бы указанной редукции не происходило, то в зиготе (следовательно, и во всех клетках дочернего организма) хромосом становилось бы вдвое больше. Однако это противоречит правилу постоянства числа хромосом. Благодаря мейозу половые клетки гаплоидны, а при оплодотворении в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом (рис. 2 и 3).

Рис. 2. Схема гаметогенеза: à — сперматогенез; á — овогенез

Рис. 3. Схема, иллюстрирующая механизм сохранения диплоидного набора хромосом при половом размножении

При половом размножении дочерний организм возникает в результате слияния двух половых клеток (гамет ) и последующего развития из оплодотворенной яйцеклетки - зиготы.

Гаплоидные клетки образуются из диплоидных в результате особого клеточного деления - мейоза.

Мейоз - разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2п) соматических клеток половых же лез образуются гаплоидные гаметы (1 n ). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК.

В профазе мейоза I происходит постепенная спирализация хроматина с образованием хромосом. Гомологичные хромосомы сближаются, образуя общую структуру, состоящую из двух хромосом (бивалент) и четырех хроматид (тетрада). Соприкосновение двух гомологичных хромосом по всей длине называется конъюгацией. Затем между гомологичными хромосомами появляются силы отталкивания, и хромосомы сначала разделяются в области центромер, оставаясь соединенными в области плеч, и образуют перекресты (хиазмы). Расхождение хроматид постепенно увеличивается, и перекресты смещаются к их концам. В процессе конъюгации между некоторыми хроматидами гомологичных хромосом может происходить обмен участками - кроссинговер, приводящий к перекомбинации генетического материала. К концу профазы растворяются ядерная оболочка и ядрышки, формируется ахроматиновое веретено деления. Содержание генетического материала остается прежним (2n2хр).

В анафазе мейоза I гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, окончательно отходят друг от друга и расходятся к полюсам клетки. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна - число хромосом уменьшается вдвое (происходит редукция). Содержание генетического материала становится 1n2хр у каждого полюса.

В телофазе происходит формирование ядер и разделение цитоплазмы - образуются две дочерние клетки. Дочерние клетки содержат гаплоидный набор хромосом, каждая хромосома - две хроматиды (1n2хр).

Интеркинез - короткий промежуток между первым и вторым мейотическими делениями. В это время не происходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро вступают в мейоз II, протекающий по типу митоза.

Рис. 1. Схема мейоза (показана одна пара гомологичных хромосом). Мейоз I: 1, 2, 3. 4. 5 - профаза; 6 -метафаза; 7 - анафаза; 8 - телофаза; 9 - интеркинез. Мейоз II; 10 -метафаза; II -анафаза; 12 - дочерние клетки.

Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной материнской клетки образуются 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Кроме того, в профазе мейоза I происходит перекомбинация генетического материала (кроссинговер), а в анафазе I и II - случайное отхождение хромосом и хроматид к одному или другому полюсу. Эти процессы являются причиной комбинативной изменчивости.