Každý vie, že pri pohlavnom rozmnožovaní vzniká nový organizmus ako výsledok splynutia dvoch gamét (pohlavných buniek). Gametogenéza alebo tvorba generatívnych buniek prebieha prostredníctvom špecifického delenia nazývaného meióza. Čo je podstatou tohto procesu, aké sú jeho fázy, si povieme v tomto článku.
Trošku všeobecných vedomostí
Pre väčšinu heterosexuálnych organizmov na našej planéte je charakteristické pohlavné rozmnožovanie. V tomto prípade majú gaméty sadu polovičných chromozómov, ktorá sa nazýva haploid (n). V dôsledku splynutia gamét vzniká zygota, v ktorej sa obnoví diploidia a súbor chromozómov je označený ako 2n, čo je podstata meiózy (stručne).
Napríklad Drosophila (ovocná mucha) má iba 4 chromozómy – ide o diploidnú sadu. Gamety v jej jadre majú len 2 chromozómy. U ľudí je v každej bunke v jadre 46 chromozómov a v gamétach (vajíčko a spermie) - každá po 23.
Aleobnovenie diploidie počas sexuálnej reprodukcie je len malá časť toho, čo je podstatou meiózy.
Chromozómy a chromatidy
Na pochopenie nasledujúceho materiálu je dôležité pochopiť rozdiel medzi nimi.
Chromozómy (používa sa označenie n) sa nazývajú nosiče genetického materiálu, ale jednoducho sú to molekuly DNA (kyselina deoxyribonukleová), rozmnožené špirálovito a nachádzajúce sa v jadre eukaryotických buniek (s jadrom s membránovým obalom) organizmy. V podobe, v akej sme ich zvyknutí vídať v učebniciach a referenčných knihách (foto vyššie ukazuje ľudské chromozómy), sa prejavia až počas interfázy, pred delením buniek, keď sa už zdvojnásobili.
Ale chromatidy (označené) - to je len štrukturálna časť chromozómu, ktorá už prešla procesom replikácie (zdvojenia) v interfáze pred delením bunky. Chromatida je jedna z dvoch kópií DNA, ktoré sú v tomto momente spojené špeciálnym zúžením (centroméra).
Pokiaľ sú dve chromatidy spojené centromérou, nazývajú sa sesterské chromatidy. A až pri pohlavnom delení buniek (meióze) sa oddeľujú a predstavujú samostatné jednotky dedičného materiálu, a ak medzi nimi došlo k prekríženiu (o tom neskôr), prešli zmenami v sekvencii génov.
Všetky chromozómy sa líšia tvarom a veľkosťou v rámci jedného homológneho (identického) páru. Celý súbor chromozómov v bunkách rovnakého druhu sa nazýva karyotyp. Takže u ľudí má karyotyp 46 chromozómov,z toho 22 párov je homológnych alebo autozómov a 23 párov sú pohlavné chromozómy (X a Y). V ľudských gamétach (spermia a vajíčko) je polovičná (haploidná) sada chromozómov – 23 autozómov a 1 pohlavný chromozóm (X alebo Y).
Takúto sadu v gamétach poskytuje práve meióza.
Špeciálne bunkové delenie
Špecifické delenie so vznikom zárodočných buniek - meióza (z gréckeho slova Μείωσις, čo znamená redukcia) je súbor dvoch po sebe nasledujúcich delení buniek, v dôsledku ktorých sa jadro delí dvakrát a chromozómy iba raz. V dôsledku toho dochádza k zníženiu (redukcii) chromozómovej sady v gamétach na polovicu, čo pri ich splynutí obnoví diploidiu zygoty. Toto je jeho biologický význam.
Meióza (jej fázy) vo všetkých živých organizmoch prebieha rovnakým spôsobom:
- Prvé delenie (redukcia), po ktorom sa počet chromozómov zníži na polovicu.
- Druhé delenie (rovníkové) prebieha ako jednoduché delenie (mitóza). Hovorí sa tomu aj vyrovnávanie.
Prvá meiotická divízia
Pri príprave bunky na delenie (interfázu) v jadre sa počet chromozómov zdvojnásobí (sú 4 n), čo je typické pre bunky, ktoré sa delia jednoduchým delením (mitózou). V bunkách prekurzorov gamét (u ľudí spermatocyty a oocyty) takéto zdvojenie nenastáva v interfáze a bunka začína meiózu so sadou 2n chromozómov a prechádzanasledujúce kroky:
- Profáza I. V tomto štádiu sa chromozómy stávajú hustejšie a bližšie k sebe. Nastáva konjugácia (adhézia) homológnych chromozómov (jeden pár), pri ktorej dochádza k prekríženiu. Tento proces je charakteristický iba pre meiózu (čo je podstatou, popíšeme nižšie). Potom sa chromozómy oddelia, obal bunkového jadra sa zničí a začne sa vytvárať deliace vretienko.
- Metafáza I. Vretienkové vlákna sa pripájajú k centromérom chromozómov a samotné sú umiestnené pozdĺž deliaceho rovníka oproti sebe, a nie pozdĺž tej istej línie (ako pri mitóze).
- Anafáza I. Závity vretena naťahujú chromozómy k pólom. Stručne povedané, význam a podstata meiózy spočíva v tejto fáze delenia - póly majú n chromozómov.
- Telofáza I. V tomto štádiu sa vytvárajú jadrové obaly. U zvierat a niektorých rastlín dochádza k ďalšiemu deleniu cytoplazmy a vzniku dvoch dcérskych buniek.
Vytvorené bunky vstupujú do interfázy, ktorá je buď veľmi krátka, alebo chýba.
Druhá meiotická divízia
Meiosis II má rovnaké fázy:
- Profáza II. Chromozómy sú hustejšie, jadrové membrány miznú a začína sa objavovať štiepne vreteno (foto vyššie).
- Počas metafázy II pokračuje tvorba vretienka a chromozómy sú umiestnené pozdĺž deliaceho rovníka.
- Anafáza II. Chromozómy sú natiahnuté k pólom bunky (foto nižšie).
- Telofáza II. Vytvárajú sa jadrové membrány, cytoplazma je rozdelená medzidve bunky.
Pri tomto delení sa počet chromozómov nemení, ale každý z nich pozostáva len z jednej chromatidy (štrukturálnej jednotky). Toto je podstata meiózy II. Bunky sa tvoria s haploidnou sadou chromozómov v každom (n).
Biologický význam meiózy
Čo to je, už je jasné:
- Meióza je dokonalý mechanizmus, ktorý zabezpečuje stálosť karyotypu (počet chromozómov) druhu, ktorý je vlastný sexuálnej reprodukcii.
- V dôsledku dvoch po sebe idúcich delení meiózy sa počet chromozómov v gamétach stáva haploidným a je logické obnoviť diploidiu, keď splynú (oplodnia) s vytvorením zygoty s pôvodným diploidným karyotypom.
- Práve meióza poskytuje organizmom takú vlastnosť, akou je variabilita. V profáze I - kvôli kríženiu a v anafáze I - kvôli skutočnosti, že homológne chromozómy s rôznymi génmi môžu skončiť v rôznych gamétach.
Čo je to crossover
Vráťme sa k profáze I meiózy. Práve v tomto momente, keď sa homológne chromozómy priblížili a takmer sa zlepili, môže medzi nimi nastať výmena akéhokoľvek miesta. Práve táto výmena sa nazýva cross over, čo doslovne preložené z angličtiny (crossing over) znamená prekročenie alebo prekročenie.
Inými slovami, jedna časť chromozómu si môže vymeniť miesto s rovnakou časťou iného chromozómu z rovnakého páru. Tento mechanizmus poskytuje rekombinantnú genetickú variabilitu organizmov. prehadzovaniegény vedie k zvýšeniu biodiverzity v rámci jedného druhu.
Životný cyklus a meióza
V závislosti od toho, v ktorej fáze životného cyklu meióza prebieha, existujú tri typy meiózy v biológii:
- Iniciálna (zygota) nastáva bezprostredne po oplodnení v zygote. Tento typ meiózy je typický pre organizmy s prevahou haploidnej fázy v životnom cykle. Sú to huby (askomycéty a basidomycéty), niektoré riasy (chlamydomonas), prvoky (sporozoa).
- Intermediárna (spórová) meióza sa vyskytuje pri tvorbe spór v organizmoch s rovnomerným striedaním diploidných a haploidných foriem. Ide o vyššie výtrusy (machy, palice, prasličky, paprade), nahosemenné a krytosemenné. Medzi živočíchmi je tento typ meiózy charakteristický pre morské prvoky foraminifera.
- Konečná (gametická) meióza je vlastná všetkým mnohobunkovým živočíchom, morským riasam Fucus a niektorým prvokom (nálevníkom). V týchto organizmoch prevláda v životnom cykle diploidná fáza a iba gaméty majú haploidnú sadu chromozómov.
Summarize
S podstatou meiózy sa žiaci oboznamujú v 6. ročníku pri štúdiu prvokov, rias a prechádzajú na štúdium biológie rastlín. Tento kľúčový koncept všeobecnej biológie a mechanizmov tvorby zárodočných buniek (gamét) nám umožňuje pochopiť spoločné znaky všetkého života na našej planéte, pochopiť rôzne životné cykly rastlín a živočíchov.
Okrem toho by sme mali byť meiózousú vďační za vnútrodruhovú diverzitu biologického druhu Homo sapiens. Počas štúdia biológie na ďalších hodinách študenti pokračujú v štúdiu fáz sexuálneho delenia a keď sa zoznámia s genetikou, zákonmi dedičnosti a premenlivosti.
Štúdium mechanizmov rôzneho bunkového delenia nám umožňuje pochopiť jedinečnosť a účelnosť prírodných zákonov, ktoré sa vytvorili za miliardy rokov vývoja na jedinej planéte slnečnej sústavy. A mali sme šťastie, že sme sa na ňom narodili.
