Každý ví, že při sexuální reprodukci vzniká nový organismus jako výsledek fúze dvou gamet (pohlavních buněk). Gametogeneze neboli tvorba generativních buněk probíhá prostřednictvím specifického dělení zvaného meióza. Co je podstatou tohoto procesu, jaké jsou jeho fáze, si řekneme v tomto článku.
Trochu všeobecných znalostí
Pro většinu heterosexuálních organismů na naší planetě je charakteristické pohlavní rozmnožování. V tomto případě mají gamety sadu polovičních chromozomů, která se nazývá haploidní (n). V důsledku fúze gamet vzniká zygota, ve které je obnovena diploidie a sada chromozomů je označena 2n, což je podstata meiózy (stručně).
Například Drosophila (ovocná muška) má pouze 4 chromozomy – jedná se o diploidní sadu. Gamety v jejím jádře mají pouze 2 chromozomy. U lidí je v každé buňce v jádře 46 chromozomů a v gametách (vajíčko a spermie) - každá po 23.
Aleobnovení diploidie během sexuální reprodukce je jen malá část toho, co je podstatou meiózy.
Chromozomy a chromatidy
Abyste porozuměli následujícímu materiálu, je důležité porozumět rozdílu mezi těmito dvěma.
Chromozomy (používá se označení n) se nazývají nositelé genetického materiálu, ale zjednodušeně jsou to molekuly DNA (kyselina deoxyribonukleová), zmnožené spirálovitě a umístěné v jádře buněk eukaryotických (s jádrem s membránovým obalem) organismy. V podobě, ve které jsme je vídali v učebnicích a příručkách (foto výše ukazuje lidské chromozomy), se stávají patrnými až během interfáze, před dělením buněk, kdy se již zdvojnásobily.
Ale chromatidy (označené) - to je pouze strukturální část chromozomu, která již prošla procesem replikace (zdvojení) v interfázi před buněčným dělením. Chromatida je jedna ze dvou kopií DNA, které jsou v tuto chvíli spojeny speciální konstrikcí (centromerou).
Pokud jsou dvě chromatidy spojeny centromerou, nazývají se sesterské chromatidy. A teprve při pohlavním dělení buněk (meióze) se oddělují a představují samostatné jednotky dědičného materiálu, a pokud mezi nimi došlo ke křížení (o tom později), pak prošly změnami v sekvenci genů.
Všechny chromozomy se liší tvarem a velikostí v rámci jednoho homologního (identického) páru. Celá sada chromozomů v buňkách stejného druhu se nazývá karyotyp. Takže u lidí má karyotyp 46 chromozomů,z toho 22 párů je homologních nebo autozomů a 23 párů jsou pohlavní chromozomy (X a Y). V lidských gametách (spermii a vajíčku) je poloviční (haploidní) sada chromozomů – 23 autozomů a 1 pohlavní chromozom (X nebo Y).
Takovou sadu v gametách poskytuje právě meióza.
Speciální buněčné dělení
Specifické dělení se vznikem zárodečných buněk - meióza (z řeckého slova Μείωσις, což znamená redukce) je soubor dvou po sobě jdoucích buněčných dělení, v důsledku čehož se dvakrát dělí jádro a pouze jednou chromozomy. Díky tomu dochází k poklesu (redukci) sady chromozomů v gametách na polovinu, což při jejich splynutí obnoví diploidii zygoty. To je jeho biologický význam.
Meióza (její fáze) ve všech živých organismech probíhá stejným způsobem:
- První dělení (redukce), po kterém se počet chromozomů sníží na polovinu.
- Druhé dělení (rovnice) se vyskytuje jako jednoduché dělení (mitóza). Říká se tomu také vyrovnání.
První meiotická divize
Při přípravě buňky na dělení (interfázi) v jádře se počet chromozomů zdvojnásobí (jsou 4 n), což je typické pro buňky, které se dělí prostým dělením (mitózou). V buňkách prekurzorů gamet (u lidí spermatocyty a oocyty) k takovému zdvojení v interfázi nedochází a buňka zahájí meiózu se sadou 2n chromozomů a přejdenásledující kroky:
- Profáze I. V této fázi se chromozomy stávají hustšími a blíže k sobě. Dochází ke konjugaci (adhezi) homologních chromozomů (jeden pár), při které dochází ke křížení. Tento proces je charakteristický pouze pro meiózu (co je podstatou, popíšeme níže). Poté jsou chromozomy odděleny, obal buněčného jádra je zničen a začíná se tvořit dělicí vřeténka.
- Metafáze I. Vřetenová vlákna se připojují k centromerám chromozomů a sama jsou umístěna podél dělícího rovníku naproti sobě, nikoli podél stejné linie (jako u mitózy).
- Anafáze I. Vřetenové závity natahují chromozomy k pólům. Stručně řečeno, význam a podstata meiózy spočívá v této fázi dělení - póly mají n chromozomů.
- Telofáze I. V této fázi se tvoří jaderné obaly. U zvířat a některých rostlin dochází k dalšímu dělení cytoplazmy a vznikají dvě dceřiné buňky.
Vytvořené buňky vstupují do interfáze, která je buď velmi krátká, nebo chybí.
Druhá meiotická divize
Meiosis II má stejné fáze:
- Profáze II. Chromozomy jsou hustší, jaderné membrány mizí a začíná se objevovat štěpné vřeteno (foto výše).
- Během metafáze II pokračuje tvorba vřeténka a chromozomy jsou umístěny podél rovníku.
- Anafáze II. Chromozomy jsou nataženy k pólům buňky (foto níže).
- Telofáze II. Vznikají jaderné membrány, mezi které se dělí cytoplazmadvě buňky.
Při tomto dělení se počet chromozomů nemění, ale každý z nich se skládá pouze z jedné chromatidy (strukturní jednotky). To je podstata meiózy II. Buňky se tvoří s haploidní sadou chromozomů v každém (n).
Biologický význam meiózy
Co to je, už je jasné:
- Meióza je dokonalý mechanismus, který zajišťuje stálost karyotypu (počet chromozomů) druhu, který je vlastní sexuální reprodukci.
- V důsledku dvou po sobě jdoucích dělení meiózy se počet chromozomů v gametách stává haploidním a je logické obnovit diploidii, když se spojí (oplodní) a vytvoří zygotu s původním diploidním karyotypem.
- Právě meióza poskytuje organismům takovou vlastnost, jako je variabilita. V profázi I - kvůli křížení a v anafázi I - kvůli skutečnosti, že homologní chromozomy s různými geny mohou skončit v různých gametách.
Co je Crossover
Vraťme se k profázi I meiózy. Právě v tomto okamžiku, kdy se homologní chromozomy přiblížily a téměř slepily k sobě, může mezi nimi nastat výměna jakéhokoli místa. Právě tato výměna se nazývá cross over, což doslovně přeloženo z angličtiny (crossing over) znamená křížení nebo křížení.
Jinými slovy, jedna část chromozomu si může vyměnit místo se stejnou částí jiného chromozomu ze stejného páru. Tento mechanismus poskytuje rekombinantní genetickou variabilitu organismů. míchánígeny vede ke zvýšené biologické rozmanitosti v rámci jednoho druhu.
Životní cyklus a meióza
V závislosti na tom, ve které fázi životního cyklu meióza nastane, existují v biologii tři typy meiózy:
- Počáteční (zygota) nastává bezprostředně po oplodnění v zygotě. Tento typ meiózy je typický pro organismy s převahou haploidní fáze v životním cyklu. Jedná se o houby (askomycety a basidomycety), některé řasy (chlamydomonas), prvoky (sporozoa).
- Intermediární (sporová) meióza se vyskytuje při tvorbě spor v organismech s rovnoměrným střídáním diploidních a haploidních forem. Jde o vyšší výtrusy (mechy, kyjovce, přesličky, kapradiny), nahosemenné a krytosemenné. Mezi zvířaty je tento typ meiózy charakteristický pro mořské prvoky foraminifera.
- Konečná (gametická) meióza je vlastní všem mnohobuněčným živočichům, mořským řasám Fucus a některým prvokům (nálevníkům). U těchto organismů převládá v životním cyklu diploidní fáze a pouze gamety mají haploidní sadu chromozomů.
Summarize
S podstatou meiózy se žáci seznámí v 6. ročníku při studiu prvoků, řas a přecházejí ke studiu biologie rostlin. Tento klíčový koncept obecné biologie a mechanismů tvorby zárodečných buněk (gamet) nám umožňuje porozumět společným rysům veškerého života na naší planetě, porozumět různým životním cyklům rostlin a zvířat.
Kromě toho bychom měli být meiózoujsou vděční za vnitrodruhovou rozmanitost biologického druhu Homo sapiens. Během studia biologie v dalších hodinách studenti pokračují ve studiu fází pohlavního dělení, a když se seznámí s genetikou, zákony dědičnosti a variability.
Studium mechanismů různého buněčného dělení nám umožňuje pochopit jedinečnost a účelnost přírodních zákonů, které se utvářely miliardy let evoluce na jediné planetě sluneční soustavy. A měli jsme štěstí, že jsme se na něm narodili.
