Мейоз. Особенности первого и второго деления мейоза. Биологическое значение. Отличие мейоза от митоза

Все организмы состоят из клеток, они способны к развитию, размножению и росту. Митоз и мейоз — способы деления клеток. Именно с их помощью происходит размножение клеток. Эти 2 способы во многом похожи. Митоз и мейоз состоят из одинаковых фаз. При помощи мейоза размножаются половые клетки , а при помощи митоза — соматические.

Мейоз — процесс деления клеток, может привести к образованию гамет.

Митоз — процесс непрямого деления клеток-эукариотов. Благодаря ему делятся клетки грибов, растений, животных.

Сходства и различия митоза и мейоза:

• Митоз может передавать информацию от клетки к клетке. А мейоз в свою очередь передает от поколения к поколению.
• Митоз является универсальным способом размножения всех клеток тела. А мейоз — способ образования яйцеклеток и сперматозоидов.
• В результате мейоза образуются 4 клетки. Митоз приводит к образованию 2 клеток.
• При мейозе клетка получает гаплоидный набор — уменьшение числа хромосом. При митозе клетки остаются диплоидными — количество хромосом не изменяется.
• Мейоз состоит из двух делений, а митоз — из одного.

Чем стадии мейоза отличаются от стадий митоза?

Основные отличия перечислены на схеме ниже. Но в действительности их намного больше. В мейозе два стадии - мейоз 1 и мейоз 2. В мейозе по-другому изменяется набор хромосом и молекул ДНК внутри стадий. Мейоз 2 похож на митоз в анафазе 2.

Рисунок 1. Отличия митоза от мейоза

Зачем существует профаза 1 мейоза 1? Какие ей можно дать метафоры?

Смысл существования профазы 1 - разнообразие жизни на Земле, так как в ней идет кроссинговер. Более того, любая профаза (митоза и мейоза) - это великий разрушитель и созидатель одновременно. Как разрушитель она выступает при растворении ядерной оболочки и ядрышка. Как созидатель - при создании видимых двухроматидных хромосом. Созидательная сила профазы проявляется также в разросшихся микротрубочках веретена деления и в отчетливом появлении двух полюсов деления клетки.

Что такое хроматиды? Чем они отличаются от хромосом?

В конце профазы конденсация хромосом завершается. Хромосомы утолщены, отделены от ядерной мембраны. В профазе становятся видны хромосомы, состоящие из двух хроматид. Представьте, что пара рук человека - это одна хромосома. В профазе мы четко видим, что одна хромосома состоит из двух частей - двух хроматид, точно также как человек имеет две руки, правую и левую.

Что представляют собой гомологичные хромосомы в профазе?

Гомологичные хромосомы, образно говоря - это муж и жена или мужчина и женщина. Почему? Во-первых, они парные, то есть находятся рядом друг с другом. Во-вторых, они достаются организму от разных родителей, всегда разнополых. В-третьих, в этой паре хромосом содержатся два аллеля. Они отвечают за альтернативные проявления одного гена. Например, есть ген цвета волос, и он представлен двумя аллелями: светлых волос и темных волос. Хромосомы в профазе - это гении общения. Они действительно «общаются», обмениваясь участками, в которых расположены определенные аллели. Следовательно, идет обмен аллелями генов.

Что такое бивалент, тетрада?

Как вы знаете, семья состоит минимум из двух человек. Представьте, что пара рук мужчины - это одна гомологичная хромосома, пара рук женщины - вторая. Если мужчина и женщина соединят свои руки, получится метафора двух хромосом в профазе 1. Аналогично образуется бивалент. Две гомологичные хромосомы сближаются в профазе 1 для кроссинговера. Бивалент - это две объединенные в профазе 1 мейоза 1 гомологичные хромосомы. Так как в двух гомологичных хромосомах всего имеются 4 хроматиды, бивалент еще называют тетрадой.

Рисунок 2

Какова метафора кроссинговера?

Представим себе, что встретились два человека, словно две хромосомы. Допустим, данных людей сближает то, что они художники, профессионалы в одной области. Так и две хромосомы одинаковы в том, что они гомологичные - достались нам одна от отца, другая от матери, имеют взаимно параллельные участки и аллельные гены. У гипотетических художников цель общения - обмен опытом, идеями в изобразительном искусстве. Цель «общения» хромосом - обмен аллелями одного гена. Данные аллели (аллельные гены) близки тем, что они представляют один ген и отвечают за его альтернативные проявления. Например, рассмотрим ген цвета глаз. В каждой из гомологичных хромосом могут находиться по одному аллелю данного гена. Один аллель отвечает за карий цвет глаз, другой - за голубой.

После обмена идеями приобретут ли два художника новую профессию, например, инженера? Почему кроссинговер не образует новые аллели генов?

Вряд ли два наших художника изменят своему призванию. Так и гомологичные хромосомы после обмена не получат друг от друга абсолютно новых аллелей, например, аллель фиолетовых глаз. Они просто обменяются тем, что имеют. Если в одной хромосоме был аллель голубых глаз, она его передаст другой при кроссинговере. Гомологичная ей хромосома передаст свой ген карих глаз. В этом суть обмена. Сразу скажу, что совершенно новые аллели генов образуются в результате генных мутаций.

Рисунок 3. Отличия кроссинговера "до" и "после"

Митоз (наряду со стадией цитокинеза) - процесс, в результате которого эукариотическая соматическая (или клетка тела) делится на две идентичные .

Мейоз - другой тип деления клеток, который начинается с одной клетки, имеющей правильное количество хромосом и заканчивается образованием четырех клеток с уменьшенным в двое количеством хромосом ().

У людей практически все клетки подвергаются митозу. Единственными клетками человека, которые делятся при помощи мейоза, являются или (яйцеклетка у женщин и сперма у мужчин).

Гаметы имеют только половину относительно клеток тела, потому что когда половые клетки сливаются во время оплодотворения, результирующая клетка (называемая зиготой) имеет правильное количество хромосом. Вот почему потомство представляет собой смесь генетики матери и отца (гаметы отца содержат одну половину хромосом, а гаметы матери - другую).

Хотя митоз и мейоз дают очень разные результаты, эти процессы довольно схожи и протекают с небольшими различиями на основных этапах. Давайте разберем основные отличия митоза и мейоза, чтобы лучше понять, как они работают.

Оба процесса начинаются после того, как клетка проходит через интерфазу и синтезирует ДНК на стадии S-фазы (или фазы синтеза). В этот момент каждая хромосома состоит из сестринских хроматид, которые удерживаются вместе .

Митотическая анафаза отделяет одинаковые сестринские хроматиды, поэтому идентичная генетика будет в каждой клетке. В анафазе I сестринские хроматиды, не идентичны, так как подверглись переходу во время профазы I. В анафазе I сестринские хроматиды остаются вместе, но гомологичные пары хромосом раздвигаются и переносятся на противоположные полюса клетки.

Телофаза

Заключительный этап называется телофазой. В митотической телофазе и телофазе II большая часть того, что было сделано во время профазы, будет отменено. Веретено деление разрушается и исчезает, образовывается ядерная оболочка, хромосомы распутываться, а клетка готовится к разделению во время цитокинеза.

В этот момент митотическая телофаза переходит в цитокинез, результатом которого будут две идентичные диплоидные клетки. Телофаза II уже прошла одно деление в конце мейоза I, поэтому она войдет в цитокинез, чтобы сделать в общей сложности четыре гаплоидных клетки. В телофазе I подобные события наблюдаться в зависимости от типа клетки. Веретено разрушается, но новая ядерная оболочка не формируется, а хромосомы могут оставаться плотно спутанными. Кроме того, некоторые клетки переходят сразу в профазу II вместо разделения на две клетки посредством цитокинеза.

Таблица основных различий между митозом и мейозом

Митоз и мейоз в эволюции

Обычно мутации в ДНК соматических клеток, которые подвергаются митозу, не передаются потомству и поэтому не применимы к естественному отбору и не способствуют вида. Однако ошибки в мейозе и случайное смешивание генов и хромосом в течение всего процесса, действительно способствуют генетическому разнообразию и приводит к эволюции. Пересечение создает новую комбинацию генов, которые могут кодировать благоприятную адаптацию.

Кроме того, независимый ассортимент хромосом во время метафазы I также приводит к генетическому разнообразию. Гомологичные пары хромосом выстраиваются в линию на этом этапе, поэтому смешивание и сопоставление признаков имеет много вариантов, что способствует разнообразию. Наконец, случайное также может увеличить генетическое разнообразие. Поскольку в конце мейоза II образовывается четыре генетически разных гамета, которые фактически используются во время оплодотворения. По мере того, как имеющиеся признаки смешиваются и передаются, естественный отбор воздействует на них и выбирает наиболее благоприятные адаптации в качестве предпочтительных индивидуумов.

При половом размножении дочерний организм возникает в результате слияния двух половых клеток (гамет ) и последующего развития из оплодотворенной яйцеклетки -зиготы. Половые клетки родителей обладают гаплоидным набором (n ) хромосом, а в зиготе при объединении двух таких наборов число хромосом становится диплоидным (2n ): каждая пара гомологичных хромосом содержит одну отцовскую и одну материнскую хромосому .Гаплоидные клетки образуются из диплоидных в результате особого клеточного деления - мейоза.Мейоз - разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2п) соматических клеток половых желез образуются гаплоидные гаметы (1n). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК.Мейоз представляет собой непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление): при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление). Клетки, вступающие в мейоз, содержат генетическую информацию 2n2хр.

В профазе мейоза I происходит постепеннаяспирализация хроматина с образованием хромосом. Гомологичные хромосомы сближаются, образуя общую структуру, состоящую из двух хромосом (бивалент) и четырех хроматид (тетрада). Соприкосновение двух гомологичных хромосом по всей длине называется конъюгацией. Затем между гомологичными хромосомами появляются силы отталкивания, и хромосомы сначала разделяются в области центромер, оставаясь соединенными в области плеч, и образуют перекресты (хиазмы). Расхождение хроматид постепенно увеличивается, и перекресты смещаются к их концам. В процессе конъюгации между некоторыми хроматидами гомологичных хромосом может происходить обмен участками - кроссинговер, приводящий к перекомбинации генетического материала. К концу профазы растворяются ядерная оболочка и ядрышки, формируется ахроматиновое веретено деления. Содержание генетического материала остается прежним (2n2хр).

В метафазе мейоза I биваленты хромосом располагаются в экваториальной плоскости клетки. В этот момент спирализация их достигает максимума. Содержание генетического материала не изменяется (2п2хр).

В анафазе мейоза I гомологичные хромосомы, состоящие из двух хроматид, окончательно отходят друг от друга и расходятся к полюсам клетки. Следовательно, из каждой пары гомологичных хромосом в дочернюю клетку попадает только одна - число хромосом уменьшается вдвое (происходит редукция). Содержание генетического материала становится 1n2хр у каждого полюса.

В телофазе происходит формирование ядер и разделение цитоплазмы - образуются две дочерние клетки. Дочерние клетки содержат гаплоидный набор хромосом, каждая хромосома - две хроматиды (1n2хр).

Интеркинез - короткий промежуток между первым и вторым мейотическими делениями. В это время не происходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро вступают в мейоз II, протекающий по типу митоза.

В профазе мейоза II происходят тс же процессы, что и в профазе митоза. В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости. Изменений содержания генетического материала не происходит (1n2хр).

В анафазе мейоза II хроматиды каждой хромосомы отходят к противоположным полюсам клетки, и содержание генетического метериала у каждого полюса становится lnlxp.

В телофазе образуются 4 гаплоидные клетки (lnlxp).

Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной материнской клетки образуются 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Кроме того, в профазе мейоза I происходит перекомбинация генетического материала (кроссинговер), а в анафазе I и II - случайное отхождение хромосом и хроматид к одному или другому полюсу. Эти процессы являются причиной комбинативной изменчивости.Отличие мейоза 1 от мейоза 2:

1. Первому делению предшествует интерфаза с редупликацией хромосом, при втором делении редупликации генетического материала нет, то есть отсутствует синтетическая стадия.

2. Профаза первого деления длительная.

3. В первом делении происходит конъюгация хромосом и
кроссинговер.

4. В первом делении к полюсам расходятся гомологичные хромосомы (биваленты, состоящие из пары хроматид), а во втором – хроматиды.

Отличия мейоза от митоза:

1. В митозе одно деление, а в мейозе – два (из-за этого получается 4 клетки).

2. В профазе первого деления мейоза происходит конъюгация (тесное сближение гомологичных хромосом) и кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом), это приводит к перекомбинации (рекомбинации) наследственной информации.

3. В анафазе первого деления мейоза происходит независимое расхождение гомологичных хромосом (к полюсам клетки расходятся двухроматидные хромосомы). Это приводит к рекомбинации и редукции.

4. В интерфазе между двумя делениями мейоза удвоения хромосом не происходит, поскольку они и так двойные.

5. После митоза получается две клетки, а после мейоза – четыре.

6. После митоза получаются соматические клетки (клетки тела), а после мейоза – половые клетки (гаметы – сперматозоиды и яйцеклетки; у растений после мейоза получаются споры).

7. После митоза получаются одинаковые клетки (копии), а после мейоза – разные (происходит рекомбинация наследственной информации).

8. После митоза количество хромосом в дочерних клетках остается таким же, как было в материнской, а после мейоза уменьшается в 2 раза (происходит редукция числа хромосом; если бы её не было, то после каждого оплодотворения число хромосом возрастало бы в два раза; чередование редукции и оплодотворения обеспечивает постоянство числа хромосом).

Биологическое значение мейоза :

1) является основным этапом гаметогенеза;

2) обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении;

3) дочерние клетки генетически не идентичны материнской и между собой.

Атак же, биологическое значение мейоза заключается в том, что уменьшение числа хромосом необходимо при образовании половых клеток, поскольку при оплодотворении ядра гамет сливаются. Если бы указанной редукции не происходило, то в зиготе (следовательно, и во всех клетках дочернего организма) хромосом становилось бы вдвое больше. Однако это противоречит правилу постоянства числа хромосом. Благодаря мейозу половые клетки гаплоидны, а при оплодотворении в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом.

23. Размножение, как основное свойство живого. Бесполое и половое размножение. Формы бесполого и полового размножения. Определение, сущность, биологическое значение.

Размножение - это свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающие непрерывность и преемственность жизни. Различают два способа размножения: бесполый и половой.

Бесполое размножение – различные формы размножения организмов, при которых новый организм возникает из соматических клеток одного родителя, потомки являются точной копией его.

Формы бесполого размножения у одноклеточных .

1. Деление надвое (митозом) - из одной материнской клетки образуются две дочерние клетки, имеющие одинаковую наследственную информацию с материнской клеткой (саркодовые).

2. Множественное деление (шизогония) – ряд последовательных делений ядра с последующим делением цитоплазмы и образованием множества одноядерных клеток(споровики).

3. Почкование – формирование дочерней клетки (почки) меньшего размера на материнской клетке. Дочерняя клетка может отпочковываться от материнской клетки(дрожжи).

4. Спорообразование – формирование спор – одноклеточных образований, окруженных плотной оболочкой, служащих для распространения и переживания неблагоприятных условий(плесень мукор).

5. Эндогония – внутреннее почкование, когда ядро делится на 2 части, каждая даёт дочернюю особь (токсоплазма).

Формы бесполого размножения у многоклеточных.

1. Вегетативное размножение – образование новой особи из части родительской, приводящее к появлению генетически однородных групп особей.

а) у грибов происходит путем отделения специализированных или неспециализированных участков таллома; у растений - черенками, клубнями, листьями, луковицами, усами и др.

б) у животных вегетативное размножение осуществляется:

Путем обособления частей тела с последующим восстановлением до целого организма – фрагментация (ресничные и дождевые черви);

Почкованием – образованием на материнском организме почки – выроста, из которого развивается новая особь (гидра).

2. Спорообразование – один из этапов цикла воспроизведения с помощью спор у семенных растений, у высших споровых.

Половое размножение – различные формы размножения организмов, при которых новый организм возникает из специализированных половых клеток или особей, выполняющих эти функции. При половом размножении необходимо, как правило, наличие двух родительских особей. Потомки, как правило, неидентичны.

Формы полового размножения у одноклеточных.

1. Копуляция – процесс слияния двух половых клеток или особей, не различающихся между собой (изогаметы) – у споровиков, жгутиковых.

2. Конъюгация – половой процесс, заключающийся во временном соединении двух особей и обмене частями их ядерного аппарата, а так же небольшим количеством цитоплазмы (у бактерий, инфузорий).

Формы полового размножения у многоклеточных.

1. С оплодотворением .

Оплодотворению предшествует осеменение – процессы, обуславливающие встречу гамет. Оно бывает наружное и внутреннее.Оплодотворение – (сингамия) – слияние мужской половой клетки (сперматозоид, спермий) с женской (яйцо, яйцеклетка), приводящее к образованию зиготы, которая дает начало новому организму. Когда в яйцеклетку проникает один спермий, то такое явление называют моноспермией , если несколько –полиспермией .

2.Без оплодотворения.

Партеногенез – форма полового размножения, при котором женские организмы развиваются из неоплодотворенной яйцеклетки. Различают естественный и искусственный партеногенез.Естественный партеногенез открыт Ш.Бонне, происходит в природе без вмешательства человека. Он в свою очередь подразделяется на:

а)факультативный - любое яйцо может дробиться как без оплодотворения, так и после него.

б)облигатный - развитие яйца возможно только без оплодотворения. Такой вид партеногенеза открыт в 1886г. А.А. Тихомировым. При этой форме партеногенеза развитие организма из неоплодотворенного яйца происходит после его механического или химического раздражения в лабораторных условиях.

Андрогенез – форма размножения организмов, при которой в развитии зародыша участвуют одно или два ядра, привнесенные в яйцо сперматозоидами, а женское ядро - не участвует. (встречается у тутового шелкопряда)

Гиногенез – форма размножения организмов, при которой сперматозоид стимулирует начало дробления яйцеклетки, но ядро его не сливается с ядром яйца и не участвует в последующем развитии зародыша. Иногда гиногенез рассматривают как одну из форм партеногенеза. Встречается гиногенез у покрытосеменных растений, некоторых видов рыб и земноводных, круглых червей.

Биологическая роль полового размножения.

При половом размножении наблюдается перекомбинация наследственных признаков родителей, поэтому появляются разнообразные генотипически и фенотипически потомки. Таким образом, половое размножение дает источник изменчивости, благодаря чему появляется возможность лучшего приспособления организмов к среде обитания, к сохранению различных видов организмов.

В многогранной науке биологии есть множество интересных и в то же время немного запутанных тем, и одной из них без сомнения являются способы деления клетки: митоз и мейоз. На первый взгляд налицо сходства митоза и мейоза – и там и там происходит деление клеток, но в тоже время между ними есть и значительные отличия. Но для начала разберем с вами, что такое митоз, что такое мейоз и каково их биологическое значение.

Что такое митоз

Митозом в биологии принято называть самый распространенный способ деления всех соматических клеток (клеток тела) любого живого существа. При нем из исходной материнской клетки образуются две дочерние, которые являются абсолютно одинаковыми по свойствам, как друг с другом, так и с материнской клеткой. Митоз наиболее распространен в природе, ведь именно он лежит в основе деления всех неполовых клеток (нервных, костных, мышечных и т. д.).

Фазы митоза

Деление клетки через митоз состоит из четырех фаз:

• интерфаза – период жизни клетки между двумя митозами, именно в это время происходит ряд важных процессов, предшествующих делению клетки: синтезируются белки и молекулы АТФ, каждая удваивается, образуя по две сестринские хромосомы, которые скрепляются одной центромерой. По сути, интерфазу можно назвать подготовительным этапом к митозу, по времени она в десятки раз продолжительнее самого митоза.
• профаза – в ней происходит утолщение хромосом, состоящих из двух сестринских хроматид, которые скреплены вместе центромерой. Под конец этой фазы ядрышки и ядерная исчезают, хромосомы разбегаются по всей клетки.
• метафаза – при ней происходит дальнейшая спирилизация хромосом, которые в это время очень удобно наблюдать через .
• анафаза – в этой фазе происходит деление центромер, сестринские хроматиды отделяются друг от друга и отходят к противоположным концам клетки.
• телофаза – последняя фаза митоза, при которой происходит деление . Хромосомы раскручиваются и снова образуют ядрышки и ядерные мембраны. И таким вот образом из одной клетки получается две.

Суть митоза на картинке.

Что такой мейоз

А что же мейоз? И в чем различия митоза и мейоза? Итак, мейозом принято называть тип репродуктивного деления клетки, приводящий к образованию из одной клетки аж целых четырех. Но новообразованные клетки обладают лишь половинным гаплоидным набором хромосом. Что же это значит? А то, что, по мнению некоторых биологов, мейоз даже не является, строго говоря, размножением клетки, так как это способ образования гаплоидных клеток, то бишь спор (у растений) и гамет (у животных). Сами гаметы только после оплодотворения, которое и будет в нашем случае половым размножение, послужат образованию нового организма.

Суть мейоза на картинке.

Фазы мейоза

И, разумеется, фазы мейоза отличаются от аналогичных, у митоза. Профаза в мейозе в разы длиннее, так как в ней происходит коньюгация – соединение гомологичных хромосом и обмен генетической информацией. В анафазе центромеры не делятся. Интерфаза очень короткая и ДНК в ней не синтезируется. Клетки, образованные в результате двух мейотических делений содержат одинарный набор хромосом. И только при слиянии двух клеток: материнской и отцовской, восстанавливается диплоидность. Также помимо всего прочего мейоз протекает в два этапа, известные как мейоз І и мейоз ІІ.

Опять-таки наглядное сравнение митоза и мейоза и их фаз вы можете увидеть на картинке.

Биологическое значение митоза и мейоза

Теперь же попробуем объяснить максимально просто не только в чем отличие митоза от мейоза но и каково их биологическое значение. Посредством митоза размножаются все неполовые клетки организма, а мейоз – всего лишь способ образования именно половых клеток, но только у животных организмов, у растений же благодаря мейотическому делению размножаются споры, а затем из этих спор уже путем митоза образуются половые клетки растений – гаметы.