§ 25. Мейоз

Пригадайте, чим відрізняються хромосомні набори статевих і нестатевих клітин багатоклітинних організмів. Які набори хромосом називають гаплоїдними, диплоїдними та поліплоїдними? Що таке алельні гени? Як відбувається мітотичний поділ?

Процес запліднення супроводжується злиттям ядер чоловічої і жіночої статевих клітин, які, здебільшого, мають гаплоїдний набір хромосом (1n). При цьому хромосомний набір заплідненої яйцеклітини подвоюється, тобто стає диплоїдним (2n). Якби кількість хромосом в організмів, яким притаманне статеве розмноження, з кожним поколінням подвоювалась, то кожне наступне покоління могло б становити новий біологічний вид. Але в природі нічого подібного не спостерігають: у видів, які розмножуються статевим шляхом, хромосомний набір постійний. Це свідчить про те, що в їхньому життєвому циклі існує особливий механізм, який забезпечує зменшення хромосомного набору статевих клітин удвічі, порівняно з нестатевими. Цей механізм дістав назву мейоз.

Мал. 25.1. Перший мейотичний поділ: з однієї диплоїдної клітини утворилося дві гаплоїдні. Завдання. Уважно розгляньте малюнок та схарактеризуйте події, які відбуваються під час тих чи інших фаз першого мейотичного поділу

Мейоз (від грец. мейозіс — зменшення) — особливий спосіб поділу еукаріотичних клітин, унаслідок якого їхній хромосомний набір зменшується вдвічі.

Цікаво знати

Мейоз спостерігають лише у тих організмів, у життєвому циклі яких відбувається статевий процес. У тих же еукаріотів, яким статеве розмноження не притаманне (як-от хлорела, амеба протей, евглена зелена), мейотичний поділ не спостерігають.

Під час мейозу, на відміну від мітозу, відбуваються два послідовні поділи, інтерфаза між якими вкорочена. Кожний із цих поділів, як і мітоз, складається із чотирьох послідовних фаз: профази, метафази, анафази і телофази (мал. 25.1, 25.3).

Під час профази першого мейотичного поділу (профази І) хромосоми починають ущільнюватися і набувають вигляду паличкоподібних структур (мал. 25.1, І). Потім гомологічні хромосоми зближуються і кон’югують між собою. У цей час здається, що в ядрі не диплоїдний, а гаплоїдний набір хромосом. Насправді, кожна його складова частина - це пара сполучених між собою гомологічних хромосом.

Під час кон’югації може відбуватись кросинговер (від англ. кросинг-овер - перехрест) - гомологічні хромосоми обмінюються своїми певними ділянками (мал. 25.2). У результаті утворюються нові комбінації спадкового матеріалу, тому гомологічні хромосоми можуть відрізнятися за набором алельних генів.

Мал. 25.2. Схема, що ілюструє процес кросинговеру: І - гомологічні хромосоми (1 та 2) зближуються, II - після кон’югації гомологічні хромосоми починають розходитися (3 - центромери), але залишаються сполученими у певних ділянках, III - хроматиди гомологічних хромосом, що після кросинговеру обмінялися своїми ділянками (знайдіть ці ділянки на малюнку). Так унаслідок процесу кросинговеру утворилися дві гомологічні хромосоми з різним набором спадкової інформації

Кросинговер є одним з джерел спадкової мінливості організмів.

Через певний час гомологічні хромосоми починають відходити одна від одної. При цьому стає помітним, що кожна з них складається з двох хроматид, сполучених між собою в певних точках. Наприкінці профази І гомологічні хромосоми розходяться, зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка і починає формуватися веретено поділу.

У метафазі першого поділу мейозу (метафаза І) нитки веретена поділу приєднуються до кінетохорів гомологічних хромосом. При цьому центромери гомологічних хромосом розташовані одна навпроти одної, а не на одній лінії, як під час мітозу (мал. 25.1).

Під час анафази першого мейотичного поділу (анафаза І) гомологічні хромосоми пересуваються до протилежних полюсів клітини. Кожна з них при цьому складається з двох хроматид. Отже, наприкінці анафази І біля кожного з полюсів клітини опиняється половинний набір хромосом. Якщо клітина до початку мейозу була диплоїдною (2n), то після завершення першого мейотичного поділу вона стає гаплоїдною (1n).

У телофазі першого поділу мейозу (телофаза І) формується ядерна оболонка. У клітинах тварин і деяких видів рослин хромосоми деспіралізуються і ділиться цитоплазма материнської клітини. Але в клітинах багатьох видів рослин цитоплазма може і не ділитися.

Інтерфаза між першим і другим мейотичними поділами вкорочена: молекули ДНК у цей період не подвоюються. У клітинах багатьох рослин інтерфаза майже відсутня, тому вони одразу переходять до другого мейотичного поділу (мал. 25.3).

Мал. 25.3. Другий мейотичний поділ (показано події, що відбуваються з клітинами, які утворилися під час першого поділу). 1. Профаза II: у клітин, які мають гаплоїдний набір хромосом, зникають ядерні оболонки, ядерця і починається утворення ниток веретена поділу. 2. Метафаза II: зверніть увагу на розташування хромосом: воно таке саме, як і під час мітозу. 3. Анафаза II: до полюсів клітини розходяться окремі хроматиди кожної з хромосом. 4. Телофаза II: зникають веретена поділу, формуються ядерні оболонки, ядерця й поділяється цитоплазма. 5. Результат мейозу: з однієї диплоїдної материнської клітини утворилися 4 гаплоїдні дочірні

Під час профази другого мейотичного поділу (профази II) хромосоми, кожна з яких, як ви пам’ятаєте, складається з двох хроматид, ущільнюються, зникають ядерця, руйнується ядерна оболонка, хромосоми починають пересуватись до центральної частини клітини, знову починає формуватись веретено поділу (мал. 25.3, 1).

У метафазі другого мейотичного поділу (метафазі II) завершується ущільнення хромосом і формування веретена поділу. Як і під час мітотичного поділу, центромери хромосом розташовані в одній площині в центральній частині клітини, і до кінетохорів прикріплюються нитки веретена поділу (мал. 25.3, 2).

В анафазі другого мейотичного поділу (анафазі II) діляться центромери, і хроматиди кожної з хромосом розходяться до різних полюсів клітини (мал. 25.3, 3).

Під час телофази другого мейотичного поділу (телофази II) хромосоми знову деспіралізуються, зникає веретено поділу, формуються ядерця і ядерна оболонка. Завершується телофаза II поділом цитоплазми (мал. 25.3, 4). У результаті другого мейотичного поділу кількість хромосом залишається такою самою, як і після першого, але число хроматид кожної з хромосом зменшується вдвічі. Тож і вміст молекул ДНК у кожній з дочірніх клітин також зменшується вдвічі порівняно з материнською.

Біологічне значення мейозу. Мейоз - досконалий механізм, який забезпечує сталість каріотипу видів, які розмножуються статевим способом.

Мейоз також забезпечує і спадкову мінливість організмів. По-перше, в профазі І може відбуватися обмін ділянками гомологічних хромосом. По-друге, в анафазі І гомологічні хромосоми, які можуть містити різний набір спадкової інформації, опиняються в різних дочірніх клітинах (мал. 25.3). Таким чином, клітини, які утворилися внаслідок мейотичного поділу, можуть мати відмінний одна від одної набір спадкової інформації.

Після двох послідовних мейотичних поділів диплоїдної материнської клітини утворюється чотири гаплоїдні дочірні. При цьому дочірні клітини можуть відрізнятись за набором спадкової інформації.

Ключові терміни та поняття: мейоз, кон’югація хромосом, кросинговер.

Перевірте здобуті знання

1. Зі скількох поділів складається процес мейозу? 2. Що таке кон’югація гомологічних хромосом і кросинговер? 3. Чому мейоз сприяє збільшенню спадкової мінливості організмів? 4. Яке біологічне значення мейозу?

Поміркуйте. Чому мейоз не відбувається в тих організмів, яким не властиве статеве розмноження?

Робота в групі. Порівняйте події, що відбуваються під час мітозу та мейозу. По черзі порівняйте фази мітозу та першого мейотичного поділу, а потім - мітозу та другого мейотичного поділу. Відзначте риси подібності та розбіжності між ними.