Όλοι γνωρίζουν ότι με τη σεξουαλική αναπαραγωγή, ένας νέος οργανισμός προκύπτει ως αποτέλεσμα της σύντηξης δύο γαμετών (σεξουαλικά κύτταρα). Η γαμετογένεση, ή ο σχηματισμός γενετικών κυττάρων, συμβαίνει μέσω μιας ειδικής διαίρεσης που ονομάζεται μείωση. Ποια είναι η ουσία αυτής της διαδικασίας, ποια είναι τα στάδια της, θα πούμε σε αυτό το άρθρο.
Λίγες γενικές γνώσεις
Για τους περισσότερους ετεροφυλόφιλους οργανισμούς στον πλανήτη μας, η σεξουαλική αναπαραγωγή είναι χαρακτηριστική. Σε αυτή την περίπτωση, οι γαμέτες έχουν ένα μισό σύνολο χρωμοσωμάτων, το οποίο ονομάζεται απλοειδές (n). Ως αποτέλεσμα της σύντηξης των γαμετών, σχηματίζεται ένας ζυγώτης, στον οποίο αποκαθίσταται η διπλοειδία και το σύνολο των χρωμοσωμάτων χαρακτηρίζεται 2n, το οποίο είναι η ουσία της μείωσης (συνοπτικά).
Για παράδειγμα, η Drosophila (μύγα φρούτων) έχει μόνο 4 χρωμοσώματα - αυτό είναι ένα διπλοειδές σύνολο. Οι γαμέτες στον πυρήνα της έχουν μόνο 2 χρωμοσώματα. Στον άνθρωπο, σε κάθε κύτταρο του πυρήνα υπάρχουν 46 χρωμοσώματα και στους γαμέτες (ωάριο και σπέρμα) - 23 το καθένα.
Αλλάη αποκατάσταση της διπλοειδίας κατά τη σεξουαλική αναπαραγωγή είναι μόνο ένα μικρό μέρος της ουσίας της μείωσης.
Χρωμοσώματα και χρωματίδες
Για να κατανοήσετε το ακόλουθο υλικό, είναι σημαντικό να κατανοήσετε τη διαφορά μεταξύ των δύο.
Τα χρωμοσώματα (χρησιμοποιείται η ονομασία n) ονομάζονται φορείς γενετικού υλικού, αλλά απλά αυτά είναι μόρια DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ), πολλαπλασιάζονται σπειροειδώς και βρίσκονται στον πυρήνα των κυττάρων των ευκαρυωτικών (που έχουν πυρήνα με θήκη μεμβράνης) οργανισμών. Με τη μορφή που έχουμε συνηθίσει να τα βλέπουμε σε σχολικά βιβλία και βιβλία αναφοράς (η παραπάνω φωτογραφία δείχνει ανθρώπινα χρωμοσώματα), γίνονται αντιληπτά μόνο κατά τη μεσοφάση, πριν από την κυτταρική διαίρεση, όταν έχουν ήδη διπλασιαστεί.
Αλλά οι χρωματίδες (σημειώνονται με) - αυτό είναι απλώς το δομικό μέρος του χρωμοσώματος, το οποίο έχει ήδη περάσει από τη διαδικασία αντιγραφής (διπλασιασμού) στη μεσοφάση πριν από την κυτταρική διαίρεση. Μια χρωματίδη είναι ένα από τα δύο αντίγραφα του DNA που συνδέονται αυτή τη στιγμή με μια ειδική συστολή (κεντρομερές).
Εφόσον δύο χρωματίδες συνδέονται με ένα κεντρομερές, ονομάζονται αδελφές χρωματίδες. Και μόνο κατά τη διάρκεια της σεξουαλικής διαίρεσης των κυττάρων (μείωση) διαχωρίζονται και αντιπροσωπεύουν ανεξάρτητες μονάδες κληρονομικού υλικού, και αν συνέβαινε διασταύρωση μεταξύ τους (περισσότερα για αυτό αργότερα), τότε υπέστησαν αλλαγές στη γονιδιακή αλληλουχία.
Όλα τα χρωμοσώματα είναι διαφορετικά σε σχήμα και μέγεθος σε ένα ομόλογο (πανομοιότυπο) ζεύγος. Ολόκληρο το σύνολο των χρωμοσωμάτων σε κύτταρα του ίδιου είδους ονομάζεται καρυότυπος. Έτσι, στους ανθρώπους, ο καρυότυπος είναι 46 χρωμοσώματα,εκ των οποίων τα 22 ζεύγη είναι ομόλογα ή αυτοσώματα και τα 23 ζεύγη είναι φυλετικά χρωμοσώματα (Χ και Υ). Στους ανθρώπινους γαμέτες (σπερματοζωάριο και ωάριο) υπάρχει μισό (απλοειδές) σύνολο χρωμοσωμάτων - 23 αυτοσώματα και 1 φυλετικό χρωμόσωμα (Χ ή Υ).
Just meiosis παρέχει ένα τέτοιο σύνολο σε γαμέτες.
Ειδική κυτταρική διαίρεση
Ειδική διαίρεση με σχηματισμό γεννητικών κυττάρων - η μείωση (από την ελληνική λέξη Μείωσις, που σημαίνει μείωση) είναι ένα σύνολο δύο διαδοχικών κυτταρικών διαιρέσεων, με αποτέλεσμα ο πυρήνας να διαιρείται δύο φορές και τα χρωμοσώματα μόνο μία. Εξαιτίας αυτού, παρατηρείται μείωση (μείωση) του χρωμοσώματος σε γαμέτες κατά το ήμισυ, η οποία, όταν συγχωνεύονται, αποκαθιστά τη διπλοειδία του ζυγώτη. Αυτή είναι η βιολογική του σημασία.
Η μείωση (οι φάσεις της) σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς εμφανίζεται με τον ίδιο τρόπο:
- Η πρώτη διαίρεση (μείωση), μετά την οποία ο αριθμός των χρωμοσωμάτων μειώνεται στο μισό.
- Η δεύτερη διαίρεση (εξίσωση) εμφανίζεται ως απλή διαίρεση (μίτωση). Λέγεται και ισοπέδωση.
Πρώτη μειοτική διαίρεση
Κατά την προετοιμασία ενός κυττάρου για διαίρεση (ενδιάμεση φάση) στον πυρήνα, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων διπλασιάζεται (υπάρχουν 4 n), κάτι που είναι χαρακτηριστικό για κύτταρα που διαιρούνται με απλή διαίρεση (μίτωση). Στα κύτταρα των προδρόμων των γαμετών (σε ανθρώπους, σπερματοκύτταρα και ωοκύτταρα), τέτοιος διπλασιασμός δεν συμβαίνει στη μεσοφάση και το κύτταρο ξεκινά τη μείωση με ένα σύνολο 2n χρωμοσωμάτων και περνάτα ακόλουθα βήματα:
- Πρόφαση Ι. Σε αυτό το στάδιο, τα χρωμοσώματα γίνονται πιο πυκνά και πιο κοντά μεταξύ τους. Γίνεται σύζευξη (προσκόλληση) ομόλογων χρωμοσωμάτων (ένα ζεύγος), κατά την οποία συμβαίνει διασταύρωση. Αυτή η διαδικασία είναι χαρακτηριστική μόνο για τη μείωση (ποια είναι η ουσία, θα περιγράψουμε παρακάτω). Στη συνέχεια τα χρωμοσώματα διαχωρίζονται, το κέλυφος του πυρήνα του κυττάρου καταστρέφεται και η άτρακτος διαίρεσης αρχίζει να σχηματίζεται.
- Μεταφάση Ι. Οι ίνες της ατράκτου προσκολλώνται στα κεντρομερή των χρωμοσωμάτων και οι ίδιες βρίσκονται κατά μήκος του ισημερινού διαίρεσης το ένα απέναντι από το άλλο, και όχι κατά μήκος της ίδιας γραμμής (όπως στη μίτωση).
- Ανάφαση Ι. Τα νήματα των ατράκτων τεντώνουν τα χρωμοσώματα στους πόλους. Εν συντομία, η έννοια και η ουσία της μείωσης βρίσκεται σε αυτή τη φάση της διαίρεσης - οι πόλοι έχουν n χρωμοσώματα.
- Telophase I. Σε αυτό το στάδιο, σχηματίζονται πυρηνικοί φάκελοι. Σε ζώα και ορισμένα φυτά, λαμβάνει χώρα περαιτέρω διαίρεση του κυτταροπλάσματος και σχηματίζονται δύο θυγατρικά κύτταρα.
Τα σχηματισμένα κύτταρα εισέρχονται στη μεσοφάση, η οποία είτε είναι πολύ μικρή είτε απουσιάζει.
Δεύτερη μειοτική διαίρεση
Η Meiosis II έχει τις ίδιες φάσεις:
- Πρόφαση II. Τα χρωμοσώματα γίνονται πιο πυκνά, οι πυρηνικές μεμβράνες εξαφανίζονται και η άτρακτος σχάσης αρχίζει να εμφανίζεται (φωτογραφία παραπάνω).
- Κατά τη διάρκεια της μετάφασης ΙΙ, ο σχηματισμός της ατράκτου συνεχίζεται και τα χρωμοσώματα βρίσκονται κατά μήκος του ισημερινού διαίρεσης.
- Ανάφαση II. Τα χρωμοσώματα τεντώνονται στους πόλους του κυττάρου (φωτογραφία παρακάτω).
- Telophase II. Σχηματίζονται πυρηνικές μεμβράνες, το κυτταρόπλασμα χωρίζεται μεταξύ τουςδύο κελιά.
Με αυτή τη διαίρεση, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων δεν αλλάζει, αλλά καθένα από αυτά αποτελείται από μία μόνο χρωματίδα (δομική μονάδα). Αυτή είναι η ουσία της μείωσης II. Τα κύτταρα σχηματίζονται με ένα απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων σε κάθε (n).
Βιολογική σημασία της μείωσης
Τι είναι, έχει ήδη γίνει σαφές:
- Η μεΐωση είναι ένας τέλειος μηχανισμός που διασφαλίζει τη σταθερότητα του καρυότυπου (αριθμός χρωμοσωμάτων) ενός είδους που είναι εγγενής στη σεξουαλική αναπαραγωγή.
- Λόγω δύο διαδοχικών διαιρέσεων της μείωσης, ο αριθμός των χρωμοσωμάτων στους γαμέτες γίνεται απλοειδής και είναι λογικό να αποκατασταθεί η διπλοειδία όταν συγχωνεύονται (γονιμοποιούνται) με το σχηματισμό ενός ζυγώτη με τον αρχικό διπλοειδή καρυότυπο.
- Είναι η μείωση που παρέχει μια τέτοια ιδιότητα των οργανισμών όπως η μεταβλητότητα. Στην προφάση Ι - λόγω διασταύρωσης, και στην ανάφαση Ι - λόγω του γεγονότος ότι ομόλογα χρωμοσώματα με διαφορετικά γονίδια μπορούν να καταλήξουν σε διαφορετικούς γαμέτες.
Τι είναι το Crossover
Ας επιστρέψουμε στην προφάση Ι της μείωσης. Είναι αυτή τη στιγμή, όταν τα ομόλογα χρωμοσώματα έχουν πλησιάσει και έχουν σχεδόν κολλήσει μεταξύ τους, μπορεί να συμβεί μια ανταλλαγή μεταξύ τους οποιασδήποτε θέσης. Είναι αυτή η ανταλλαγή που ονομάζεται crossing over, που κυριολεκτικά μεταφράζεται από τα αγγλικά (crossing over) σημαίνει διέλευση ή διέλευση.
Με άλλα λόγια, ένα μέρος ενός χρωμοσώματος μπορεί να ανταλλάξει τις θέσεις του με το ίδιο μέρος ενός άλλου χρωμοσώματος από το ίδιο ζεύγος. Αυτός ο μηχανισμός παρέχει ανασυνδυαστική γενετική μεταβλητότητα των οργανισμών. ανακατεύονταςγονίδια οδηγούν σε αυξημένη βιοποικιλότητα σε ένα μόνο είδος.
Κύκλος ζωής και μείωση
Ανάλογα με το στάδιο του κύκλου ζωής της μείωσης, υπάρχουν τρεις τύποι μείωσης στη βιολογία:
- Η αρχική (ζυγωτός) εμφανίζεται αμέσως μετά τη γονιμοποίηση στο ζυγώτη. Αυτός ο τύπος μείωσης είναι χαρακτηριστικός για οργανισμούς με κυριαρχία της απλοειδούς φάσης στον κύκλο ζωής. Αυτοί είναι μύκητες (ασκομύκητες και βασιδομύκητες), μερικά φύκια (χλαμυδομονάδα), πρωτόζωα (σπορόζωα).
- Η ενδιάμεση μείωση (σπορίων) εμφανίζεται κατά τον σχηματισμό σπορίων σε οργανισμούς με ομοιόμορφη εναλλαγή διπλοειδών και απλοειδών μορφών. Αυτά είναι ανώτερα σπόρια (βρύα, βρύα, αλογοουρές, φτέρες), γυμνόσπερμα και αγγειόσπερμα. Μεταξύ των ζώων, αυτός ο τύπος μείωσης είναι χαρακτηριστικός των θαλάσσιων πρωτόζωων τρηματοφόρων.
- Η τελική (γαματική) μείωση είναι εγγενής σε όλα τα πολυκύτταρα ζώα, τα φύκια fucus και ορισμένα πρωτόζωα (κιλιάτες). Σε αυτούς τους οργανισμούς, η διπλοειδής φάση κυριαρχεί στον κύκλο ζωής και μόνο οι γαμέτες έχουν απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων.
Σύνοψη
Οι μαθητές εξοικειώνονται με την ουσία της μείωσης στην 6η τάξη όταν μελετούν πρωτόζωα, φύκια και προχωρούν στη μελέτη της φυτικής βιολογίας. Αυτή η βασική έννοια της γενικής βιολογίας και των μηχανισμών σχηματισμού γεννητικών κυττάρων (γαμήτες) μας επιτρέπει να κατανοήσουμε τα κοινά στοιχεία όλης της ζωής στον πλανήτη μας, να κατανοήσουμε τους διάφορους κύκλους ζωής των φυτών και των ζώων.
Επιπλέον, είναι η μείωση που πρέπει να είμαστεείναι ευγνώμονες για την ενδοειδική ποικιλότητα του βιολογικού είδους Homo sapiens. Κατά τη διάρκεια της μελέτης της βιολογίας στις επόμενες τάξεις, οι μαθητές συνεχίζουν να μελετούν τις φάσεις της σεξουαλικής διαίρεσης και όταν εξοικειώνονται με τη γενετική, τους νόμους της κληρονομικότητας και της μεταβλητότητας.
Η μελέτη των μηχανισμών της διάφορης κυτταρικής διαίρεσης μας επιτρέπει να κατανοήσουμε τη μοναδικότητα και τη σκοπιμότητα των νόμων της φύσης, που έχουν διαμορφωθεί επί δισεκατομμύρια χρόνια εξέλιξης σε έναν μόνο πλανήτη του ηλιακού συστήματος. Και ήμασταν τυχεροί που γεννηθήκαμε σε αυτό.
