Біологія і екологія. Профільний рівень. Повторне видання. 10 клас. Задорожний

§ 84. Біологічне значення мейозу. Порушення мейозу

Поміркуйте

Для чого потрібний мейоз? Чи достатньо для репродукції організмів тільки мітозу?

Згадайте

• Кросинговер

• Незалежне розходження хромосом в анафазі І

Біологічне значення мейозу у тварин і рослин

Біологічною функцією мейозу є виробництво гамет — гаплоїдних клітин, спеціалізованих для статевого розмноження. Після запліднення ядра гаплоїдних гамет (n) зливаються, утворюючи зиготу, і диплоїдний набір хромосом відновлюється (n + n = 2n). Таким чином, мейоз від покоління до покоління підтримує сталість хромосомного набору виду під час статевого розмноження (мал. 84.1).

Мал. 84.1. Механізм збереження диплоїдного набору хромосом під час статевого розмноження

Процеси, що відбуваються в ході мейозу, є основою комбінативної мінливості організмів. Рекомбінація генетичного матеріалу в мейозі відбувається на двох етапах: у профазі І (кросинговер) та анафазі І (незалежне розходження гомологічних хромосом). Так досягається перекомбінування генів батьків, що збільшує генетичну мінливість серед нащадків.

Рекомбінація генетичного матеріалу під час мейозу й статевого розмноження виявилася вигідним еволюційним надбанням. Вона збільшує різноманітність організмів набагато ефективніше, ніж мутації, які рідко відбуваються і не завжди корисні. Як наслідок, зростає еволюційна стійкість біологічного виду до змін середовища. Переважна більшість сучасних організмів використовують цю перевагу — розмножуються статевим шляхом (рослини, тварини, гриби) або мають у життєвому циклі стадії генетичної рекомбінації (кон’югація у бактерій).

Порушення мейозу

У ході мейозу можуть відбуватися різні порушення розподілу генетичного матеріалу, основним з яких є нерозходження хромосом. Це неправильний розподіл хромосом під час анафази, у результаті якого утворюються гамети з надлишком або нестачею хромосом (мал. 84.2). Нерозходження може статися як у першому, так і в другому поділі мейозу. Нерозходження хромосом є причиною таких хромосомних захворювань людини, як синдром Дауна (зайва 21-ша хромосома), синдром Тернера (наявна тільки одна статева хромосома — X), синдром Клайнфельтера (наявні три статеві хромосоми — ΧΧΥ).

Мал. 84.2. Нерозходження хромосом в анафазі II

Ще одним порушенням мейозу є нерівний кросинговер у профазі І, який є результатом неправильної кон’югації гомологічних хромосом. У результаті нерівного кросинговеру виникають хромосоми з подвоєною або з відсутньою ділянкою. Гамети, що утворюються при цьому, є носіями хромосомних мутацій — дуплікацій або делецій (мал. 84.3).

Мал. 84.3. Нерівний кросинговер

До блокування мейозу призводять порушення кон’югації хромосом під час профази І. Через це безплідними є багато міжвидових гібридів. У міжвидових гібридів поєднуються хромосоми батьків, які не можуть попарно кон’югувати між собою з різних причин (у наборах батьків різне число хромосом, хромосоми розрізняються за структурою, суттєво різняться алелі).

Стерильними є міжвидові гібриди мул і лошак (мал 84.4). Стерильність гібридів зумовлена порушеннями мейозу через різне число хромосом у каріотипі батьків: у коней 64 хромосоми, а в ослів — 62. Відповідно, гібриди мають непарну кількість хромосом — 63, що не здатні до кон’югації та подальших процесів мейозу.

Мал. 84.4. Стерильні міжвидові гібриди.

Лошак — гібрид коня та ослиці. Мул — гібрид осла та кобили

На кон’югацію хромосом впливають також великі хромосомні мутації, особливо інверсії та транслокації.

Практична робота

Порівняльна характеристика мітозу та мейозу. Складання аплікаційних схем мітозу й мейозу

1. Розгляньте схеми, малюнки, мікрофотографії фаз мітозу й мейозу.

3. Послідовно порівняйте події, які відбуваються під час певних фаз мітозу й мейозу. Результат порівняння представте у вигляді таблиці.

4. Сформулюйте висновок.

Ключова ідея

Біологічною функцією мейозу є утворення гамет. Утворення гаплоїдних гамет підтримує сталість хромосомного набору виду під час статевого розмноження. Рекомбінація генетичного матеріалу, що відбувається в ході мейозу, є основою комбінативної мінливості організмів.

Запитання та завдання

1. Чи може нормально відбуватися мейоз у поліплоїдів? 2. Які способи ви можете запропонувати, щоб подолати порушення мейозу в міжвидових гібридів? 3. Як би відбувалася еволюція, якби мейоз і статеве розмноження не виникли, а мітоз залишився б єдиним способом поділу еукаріотичних клітин?