Svi znaju da pri seksualnom razmnožavanju nastaje novi organizam kao rezultat fuzije dvije gamete (polne ćelije). Gametogeneza, ili formiranje generativnih ćelija, odvija se kroz specifičnu podjelu koja se zove mejoza. Šta je suština ovog procesa, koje su njegove faze, reći ćemo u ovom članku.
Malo opšteg znanja
Za većinu heteroseksualnih organizama na našoj planeti, spolna reprodukcija je karakteristična. U ovom slučaju, gamete imaju pola hromozomskog skupa, koji se naziva haploid (n). Kao rezultat fuzije gameta, formira se zigota u kojoj se obnavlja diploidija, a skup hromozoma je označen 2n, što je suština mejoze (ukratko).
Na primjer, Drosophila (voćna mušica) ima samo 4 hromozoma - ovo je diploidni set. Gamete u njenom jezgru imaju samo 2 hromozoma. Kod ljudi, u svakoj ćeliji u jezgru ima 46 hromozoma, a u gametama (jajetu i spermiju) - po 23.
Aliobnavljanje diploidije tokom seksualne reprodukcije samo je mali dio onoga što je suština mejoze.
Hromozomi i hromatide
Da biste razumjeli sljedeći materijal, važno je razumjeti razliku između ta dva.
Hromozomi (koristi se oznaka n) nazivaju se nositelji genetskog materijala, ali jednostavno to su molekule DNK (deoksiribonukleinska kiselina), multiplicirano spiralizirane i smještene u jezgru stanica eukariota (koji imaju jezgro sa membranskim omotačem) organizmi. U onom obliku u kojem smo ih navikli viđati u udžbenicima i priručniku (na gornjoj fotografiji su ljudski hromozomi), oni postaju uočljivi tek u interfazi, prije diobe ćelije, kada su se već udvostručili.
Ali hromatide (označene sa) - ovo je samo strukturni deo hromozoma, koji je već prošao proces replikacije (udvostručavanja) u interfazi pre deobe ćelije. Kromatida je jedna od dvije kopije DNK koje su u ovom trenutku povezane posebnom konstrikcijom (centromerom).
Sve dok su dvije hromatide povezane centromerom, nazivaju se sestrinskim hromatidama. I tek tokom seksualne diobe ćelija (mejoze) one se odvajaju i predstavljaju samostalne jedinice nasljednog materijala, a ako je među njima došlo do ukrštanja (o tome kasnije), onda su pretrpjele promjene u sekvenci gena.
Svi hromozomi su različiti po obliku i veličini unutar jednog homolognog (identičnog) para. Čitav skup hromozoma u stanicama iste vrste naziva se kariotip. Dakle, kod ljudi, kariotip je 46 hromozoma,od kojih su 22 para homologna ili autozoma, a 23 para su polni hromozomi (X i Y). U ljudskim polnim ćelijama (sperma i jaje) nalazi se pola (haploidnog) skupa hromozoma - 23 autosoma i 1 polni hromozom (X ili Y).
Samo mejoza pruža takav skup u gametama.
Specijalna podjela ćelija
Specifična dioba sa formiranjem zametnih stanica - mejoza (od grčke riječi Μείωσις, što znači redukcija) je skup od dvije uzastopne diobe stanica, uslijed kojih se jezgro dijeli dva puta, a hromozomi samo jednom. Zbog toga dolazi do smanjenja (redukcije) hromozomskog seta u gametama za polovinu, što, kada se spoje, obnavlja diploidnost zigota. Ovo je njegov biološki značaj.
Mejoza (njene faze) u svim živim organizmima se javlja na isti način:
- Prva podjela (redukcija), nakon koje se broj hromozoma prepolovi.
- Druga podjela (equational) javlja se kao jednostavna podjela (mitoza). Naziva se i izravnavanje.
Prva mejotička podjela
U toku pripreme ćelije za deobu (interfaza) u jezgru, broj hromozoma se udvostručuje (ima ih 4 n), što je tipično za ćelije koje se dele jednostavnom deobom (mitoza). U stanicama prekursora gameta (kod ljudi, spermatocita i oocita) takvo udvostručenje se ne događa u interfazi, a stanica započinje mejozu sa skupom 2n hromozoma i prolazisljedeće korake:
- Profaza I. U ovoj fazi, hromozomi postaju gušći i bliži jedan drugom. Dolazi do konjugacije (adhezije) homolognih hromozoma (jedan par), pri čemu dolazi do ukrštanja. Ovaj proces je karakterističan samo za mejozu (šta je suština, opisat ćemo u nastavku). Tada se hromozomi odvajaju, ljuska ćelijskog jezgra se uništava i počinje da se formira vreteno deobe.
- Metafaza I. Vlakna vretena se vežu za centromere hromozoma, a sama su locirana duž podjelnog ekvatora jedno nasuprot drugom, a ne duž iste linije (kao u mitozi).
- Anafaza I. Niti vretena protežu hromozome do polova. Ukratko, značenje i suština mejoze leži u ovoj fazi podjele - polovi imaju n hromozoma.
- Telofaza I. U ovoj fazi se formiraju nuklearne ovojnice. Kod životinja i nekih biljaka dolazi do dalje podjele citoplazme i formiraju se dvije kćeri ćelije.
Formirane ćelije ulaze u interfazu, koja je ili vrlo kratka ili je nema.
Druga mejotička podjela
Mejoza II ima iste faze:
- Profaza II. Kromosomi postaju gušći, nuklearne membrane nestaju, a fisijsko vreteno počinje da se pojavljuje (slika iznad).
- Tokom metafaze II, formiranje vretena se nastavlja, a hromozomi se nalaze duž ekvatora podjele.
- Anafaza II. Hromozomi su rastegnuti do polova ćelije (fotografija ispod).
- Telophase II. Formiraju se nuklearne membrane, između kojih je podijeljena citoplazmadvije ćelije.
Ovom podjelom broj hromozoma se ne mijenja, već se svaki od njih sastoji od samo jedne hromatide (strukturne jedinice). Ovo je suština mejoze II. Ćelije se formiraju sa haploidnim skupom hromozoma u svakom (n).
Biološki značaj mejoze
Šta je, već je postalo jasno:
- Mejoza je savršen mehanizam koji osigurava postojanost kariotipa (broja hromozoma) vrste koja je svojstvena seksualnoj reprodukciji.
- Zbog dvije uzastopne podjele mejoze, broj hromozoma u gametama postaje haploidan i postaje logično vratiti diploidiju kada se spoje (oplode) sa formiranjem zigote sa originalnim diploidnim kariotipom.
- Mejoza je ta koja obezbjeđuje takvo svojstvo organizama kao što je varijabilnost. U profazi I - zbog ukrštanja, au anafazi I - zbog činjenice da homologni hromozomi sa različitim genima mogu završiti u različitim gametama.
Šta je Crossover
Vratimo se profazi I mejoze. Upravo u ovom trenutku, kada su se homologni hromozomi približili i skoro zalijepili zajedno, može doći do izmjene između njih bilo kojeg mjesta. Upravo se ova razmjena zove crossing over, što u doslovnom prijevodu sa engleskog (crossing over) znači prelazak ili prelazak.
Drugim riječima, jedan dio hromozoma može zamijeniti mjesta sa istim dijelom drugog hromozoma iz istog para. Ovaj mehanizam obezbeđuje rekombinativnu genetsku varijabilnost organizama. miješanjegeni dovode do povećanja biodiverziteta unutar jedne vrste.
Životni ciklus i mejoza
U zavisnosti od toga u kojoj fazi životnog ciklusa se javlja mejoza, u biologiji postoje tri tipa mejoze:
- Inicijal (zigota) se javlja odmah nakon oplodnje u zigoti. Ova vrsta mejoze tipična je za organizme s prevladavanjem haploidne faze u životnom ciklusu. To su gljive (askomicete i bazidomicete), neke alge (chlamydomonas), protozoe (sporozoa).
- Srednja (spora) mejoza nastaje tokom formiranja spora u organizmima sa ujednačenom izmjenom diploidnih i haploidnih oblika. To su više spore (mahovine, klupske mahovine, preslice, paprati), golosjemenjača i kritosjemenjača. Među životinjama, ova vrsta mejoze je karakteristična za morske protozoe foraminifera.
- Konačna (gametička) mejoza je svojstvena svim višećelijskim životinjama, fukus morskim algama i nekim protozoama (cilijatima). U ovim organizmima, diploidna faza preovlađuje u životnom ciklusu, a samo gamete imaju haploidni skup hromozoma.
Summarize
Učenici se upoznaju sa suštinom mejoze u 6. razredu prilikom proučavanja protozoa, algi i prelaska na proučavanje biljne biologije. Ovaj ključni koncept opšte biologije i mehanizama formiranja zametnih ćelija (gameta) omogućava nam da razumemo zajedništvo celog života na našoj planeti, da razumemo različite životne cikluse biljaka i životinja.
Pored toga, mejoza je ono što bismo trebali bitizahvalni su za intraspecifičnu raznolikost biološke vrste Homo sapiens. Tokom izučavanja biologije u narednim časovima učenici nastavljaju da proučavaju faze polne podjele, a kada se upoznaju sa genetikom, zakonima naslijeđa i varijabilnosti.
Proučavanje mehanizama različitih podjela ćelija omogućava nam da shvatimo jedinstvenost i svrsishodnost zakona prirode, koji su formirani tokom milijardi godina evolucije na jednoj planeti Sunčevog sistema. I imali smo sreće što smo rođeni na njemu.
