Svi znaju da spolnim razmnožavanjem nastaje novi organizam kao rezultat fuzije dviju gameta (spolnih stanica). Gametogeneza, ili stvaranje generativnih stanica, događa se kroz specifičnu diobu zvanu mejoza. Koja je bit ovog procesa, koje su njegove faze, reći ćemo u ovom članku.
Malo općeg znanja
Za većinu heteroseksualnih organizama na našem planetu karakteristično je spolno razmnožavanje. U ovom slučaju, gamete imaju pola kromosomskog skupa, koji se naziva haploid (n). Kao rezultat fuzije gameta nastaje zigota u kojoj se obnavlja diploidija, a skup kromosoma označava 2n, što je bit mejoze (ukratko).
Na primjer, Drosophila (voćna mušica) ima samo 4 kromosoma - ovo je diploidni skup. Gamete u njezinoj jezgri imaju samo 2 kromosoma. Kod ljudi, u svakoj stanici u jezgri ima 46 kromosoma, a u gametama (jajetu i spermiju) - po 23.
Aliobnova diploidije tijekom spolnog razmnožavanja samo je mali dio onoga što je bit mejoze.
Kromosomi i kromatide
Za razumijevanje sljedećeg materijala važno je razumjeti razliku između njih.
Kromosomi (koristi se oznaka n) nazivaju se nositelji genetskog materijala, ali jednostavno to su molekule DNK (deoksiribonukleinska kiselina), multiplicirano spiralizirane i smještene u jezgri stanica eukariota (imaju jezgru s membranskim omotačem) organizmi. U obliku u kojem smo ih navikli viđati u udžbenicima i priručniku (na gornjoj fotografiji prikazani su ljudski kromosome), oni postaju uočljivi tek tijekom interfaze, prije stanične diobe, kada su se već udvostručili.
Ali kromatide (označene s) - ovo je samo strukturni dio kromosoma, koji je već prošao proces replikacije (udvostručavanja) u interfazi prije stanične diobe. Kromatida je jedna od dvije kopije DNK koje su u ovom trenutku povezane posebnom suženjem (centromerom).
Sve dok su dvije kromatide povezane centromerom, nazivaju se sestrinskim kromatidama. I tek se tijekom spolne diobe stanica (mejoze) odvajaju i predstavljaju samostalne jedinice nasljednog materijala, a ako je među njima došlo do križanja (o tome kasnije), tada su doživjele promjene u slijedu gena.
Svi kromosomi su različiti po obliku i veličini unutar jednog homolognog (identičnog) para. Cijeli skup kromosoma u stanicama iste vrste naziva se kariotip. Dakle, kod ljudi, kariotip je 46 kromosoma,od kojih su 22 para homologna ili autosomna, a 23 para spolni kromosomi (X i Y). U ljudskim gametama (spermij i jaje) nalazi se pola (haploidnog) skupa kromosoma - 23 autosoma i 1 spolni kromosom (X ili Y).
Samo mejoza pruža takav skup u gametama.
Posebna stanična podjela
Specifična dioba s stvaranjem zametnih stanica - mejoza (od grčke riječi Μείωσις, što znači redukcija) je skup od dvije uzastopne stanične diobe, uslijed kojih se jezgra dijeli dva puta, a kromosomi samo jednom. Zbog toga dolazi do smanjenja (redukcije) kromosomskog skupa u gametama za polovicu, što, kada se spoje, obnavlja diploidnost zigota. To je njegov biološki značaj.
Mejoza (njezine faze) u svim živim organizmima događa se na isti način:
- Prva podjela (redukcija), nakon koje se broj kromosoma prepolovi.
- Druga podjela (equational) javlja se kao jednostavna podjela (mitoza). Također se naziva izravnavanje.
Prva mejotička podjela
Tijekom pripreme stanice za diobu (interfaza) u jezgri, broj kromosoma se udvostručuje (ima ih 4 n), što je tipično za stanice koje se dijele jednostavnom diobom (mitoza). U stanicama prekursora gameta (kod ljudi, spermatocita i oocita) takvo udvostručenje se ne događa u interfazi, a stanica započinje mejozu sa skupom 2n kromosoma i prolazisljedeće korake:
- Profaza I. U ovoj fazi, kromosomi postaju gušći i bliži jedan drugom. Dolazi do konjugacije (adhezije) homolognih kromosoma (jedan par), pri čemu dolazi do križanja. Ovaj proces je karakterističan samo za mejozu (što je bit, opisat ćemo u nastavku). Tada se kromosomi odvajaju, ljuska stanične jezgre se uništava i počinje se formirati diobeno vreteno.
- Metafaza I. Vlakna vretena se vežu za centromere kromosoma, a sama su smještena duž podjelnog ekvatora jedno nasuprot drugome, a ne duž iste linije (kao u mitozi).
- Anafaza I. Vretenaste niti protežu kromosome do polova. Ukratko, značenje i suština mejoze leži u ovoj fazi diobe - polovi imaju n kromosoma.
- Telofaza I. U ovoj fazi se formiraju nuklearne ovojnice. Kod životinja i nekih biljaka dolazi do daljnje podjele citoplazme i formiraju se dvije kćeri stanice.
Formirane stanice 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 se pojavljivati (slika iznad).
- Tijekom metafaze II, formiranje vretena se nastavlja, a kromosomi se nalaze duž ekvatora podjele.
- Anafaza II. Kromosomi su rastegnuti do polova stanice (fotografija ispod).
- Telofaza II. Formiraju se nuklearne membrane, citoplazma je podijeljenadvije ćelije.
Ovom podjelom broj kromosoma se ne mijenja, već se svaki od njih sastoji od samo jedne kromatide (strukturne jedinice). To je bit mejoze II. Stanice se formiraju s haploidnim skupom kromosoma u svakom (n).
Biološki značaj mejoze
Šta je, već je postalo jasno:
- Mejoza je savršen mehanizam koji osigurava postojanost kariotipa (broja kromosoma) vrste koja je svojstvena spolnom razmnožavanju.
- Zbog dvije uzastopne diobe mejoze, broj kromosoma u gametama postaje haploidan i postaje logično obnoviti diploidiju kada se spoje (oplode) s formiranjem zigote s izvornim diploidnim kariotipom.
- Mejoza je ta koja osigurava takvo svojstvo organizama kao što je varijabilnost. U profazi I - zbog križanja, a u anafazi I - zbog činjenice da homologni kromosomi s različitim genima mogu završiti u različitim gametama.
Što je Crossover
Vratimo se na profazu I mejoze. Upravo u tom trenutku, kada su se homologni kromosomi približili i gotovo zalijepili zajedno, može doći do izmjene između njih bilo kojeg mjesta. Upravo se ta razmjena zove crossing over, što u doslovnom prijevodu s engleskog (crossing over) znači križanje ili križanje.
Drugim riječima, jedan dio kromosoma može zamijeniti mjesta s istim dijelom drugog kromosoma iz istog para. Ovaj mehanizam osigurava rekombinativnu genetsku varijabilnost organizama. miješajući segeni dovode do povećane bioraznolikosti unutar jedne vrste.
Životni ciklus i mejoza
Ovisno o tome u kojoj se fazi životnog ciklusa mejoza javlja, u biologiji postoje tri vrste 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 tijekom stvaranja spora u organizmima uz jednoličnu izmjenu diploidnih i haploidnih oblika. To su više spore (mahovine, klupke, preslice, paprati), golosjemenjača i kritosjemenjača. Među životinjama, ova vrsta mejoze je karakteristična za morske protozoe foraminifera.
- Konačna (gametička) mejoza svojstvena je svim višestaničnim životinjama, fucus morskim algama i nekim protozoama (cilijatima). U tim organizmima u životnom ciklusu prevladava diploidna faza, a samo gamete imaju haploidni skup kromosoma.
Sažeti
Učenici se upoznaju sa suštinom mejoze u 6. razredu prilikom proučavanja protozoa, algi, te prelaze na studij biologije biljaka. Ovaj ključni koncept opće biologije i mehanizama stvaranja zametnih stanica (gameta) omogućuje nam razumijevanje zajedništva cijelog života na našem planetu, razumijevanje različitih životnih ciklusa biljaka i životinja.
Osim toga, mejoza je ono što bismo trebali bitizahvalni su za intraspecifičnu raznolikost biološke vrste Homo sapiens. Tijekom studija biologije u sljedećim razredima učenici nastavljaju proučavati faze spolne podjele, a kada se upoznaju s genetikom, zakonitostima naslijeđa i varijabilnosti.
Proučavanje mehanizama različitih staničnih dioba omogućuje nam razumijevanje jedinstvenosti i svrsishodnosti zakona prirode, koji su nastali tijekom milijardi godina evolucije na jednom planetu Sunčevog sustava. I imali smo sreću da smo rođeni na njemu.
