Краткое содержание: Параграф § 40 / Биология 10 класс

Процесс мейоза и его биологическая роль

Мейоз – это особый тип деления клетки, который называется редукционным делением. В результате мейоза количество хромосом в дочерних клетках уменьшается в два раза по сравнению с исходной материнской клеткой. Это имеет ключевое значение для полового размножения, так как обеспечивает постоянство числа хромосом в ряду поколений. У животных мейоз происходит при формировании гамет, а у растений и грибов может приводить к образованию гаплоидных спор.

Мейоз состоит из двух последовательных делений:

• Мейоз I (Первое деление): Это редукционное деление, в ходе которого число хромосом уменьшается вдвое.
• Мейоз II (Второе деление): Это эквационное деление, которое по механизму схоже с митозом. Оно происходит без интерфазы с репликацией ДНК и приводит к разделению сестринских хроматид.

Интерфаза перед мейозом включает стадию S, на которой происходит репликация ДНК, и каждая хромосома становится состоящей из двух сестринских хроматид. Набор хромосом и ДНК в клетке после интерфазы обозначается как \( 2n, 4c \), где \( n \) — число хромосом в гаплоидном наборе, а \( c \) — число молекул ДНК.

Мейоз I: Редукционное деление

Профаза I – самая продолжительная и сложная стадия, занимающая до 90% всего времени мейоза. Она подразделяется на пять стадий:

• Лептотена: Хромосомы спирализуются и становятся видимыми в виде тонких нитей.
• Зиготена: Происходит конъюгация – тесное сближение гомологичных хромосом, образуя биваленты (тетрады), состоящие из четырех хроматид.
• Пахитена: Происходит кроссинговер (обмен участками между гомологичными хромосомами), что обеспечивает генетическую рекомбинацию.
• Диплотена: Гомологичные хромосомы начинают отталкиваться, но остаются соединенными в точках, где произошел кроссинговер (хиазмах).
• Диакинез: Хромосомы максимально спирализованы, ядерная мембрана и ядрышко исчезают, формируется веретено деления.

Метафаза I: Биваленты выстраиваются в плоскости экватора. Важным отличием от митоза является то, что к полюсам клетки обращены центромеры целых гомологичных хромосом, а не сестринских хроматид.

Анафаза I: Происходит редукция числа хромосом: гомологичные хромосомы (каждая из которых состоит из двух хроматид) расходятся к противоположным полюсам случайным образом (независимое распределение). В результате к каждому полюсу отходит гаплоидный набор хромосом, но каждая хромосома все еще состоит из двух хроматид. Набор на полюсах – \( n, 2c \).

Телофаза I: Формируются два гаплоидных ядра \( n, 2c \). Происходит цитокинез, и образуются две дочерние клетки.

Мейоз II: Эквационное деление

После мейоза I может следовать короткий период – интеркинез, во время которого репликация ДНК не происходит.

• Профаза II: Кратковременна, хромосомы спирализуются, ядерная оболочка исчезает.
• Метафаза II: Хромосомы (каждая из двух хроматид) выстраиваются в экваториальной плоскости. К центромерам прикрепляются нити веретена, идущие от разных полюсов.
• Анафаза II: Сестринские хроматиды разделяются и отходят к противоположным полюсам, становясь самостоятельными хромосомами. Набор на полюсах – \( n, c \).
• Телофаза II: Формируются четыре гаплоидных ядра \( n, c \), происходит цитокинез, в результате чего образуются четыре гаплоидные клетки.

Биологическое значение мейоза

Ключевое значение мейоза состоит в обеспечении постоянства кариотипа вида через половое размножение. Он также является основным источником генетической изменчивости благодаря двум процессам:

• Кроссинговер в профазе I, который приводит к обмену генетическим материалом между гомологичными хромосомами.
• Независимое распределение гомологичных хромосом в анафазе I, а также негомологичных хромосом, что приводит к образованию огромного числа генетически неидентичных гамет. Количество возможных типов гамет можно определить по формуле \( N = 2^n \), где \( n \) — число пар хромосом. Например, у человека (\( n = 23 \)) число типов гамет составляет \( N = 2^{23} \), что равно 8 388 608.